JP5038561B2 - Use of ammonia-free polymer dispersions, polymer powders and polymer granules as admixtures for inorganic building materials, methods for improving such building materials and their mechanical strength - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水硬性結合剤に基づく無機質建築材料のための混和剤としての、アンモニアを含まないポリマー分散液およびポリマー分散液から得られるポリマー粉末またはポリマー顆粒の使用に関する。
【0002】
【従来の技術】
水硬性結合剤としては、水および場合により混和物質および慣用の助剤と一緒にして、湿潤状態において塑性の物質に加工され、これを空気中への放置または水中において、場合により高い温度を適用して、一定の時間後に石のように硬化する無機質物質と理解される。水硬性結合剤の例は、セメント、石膏、石灰および粘土である。
【0003】
水硬性結合剤に基づく建築材料の性質の改善のためのポリマー分散液またはこれから得られるポリマー粉末またはポリマー顆粒の使用は、原理的には公知である。水硬性結合剤と一緒の使用のためのポリマー分散液は、通常、極性および/またはイオン性の補助モノマー、例えば(メタ)アクリル酸および(メタ)アクリルアミドの高い割合および乳化剤の高い含有量を有する。これらの手段は、水硬性結合剤の存在下での分散液の安定性を高めなければならず、それというのも水硬性結合剤の高い電解質含有量は、分散系の甚だしい非安定化に導くからである。
【0004】
硬化した状態における水硬性結合剤に基づく建築材料の機械的強度の上昇のために、ポリマーが高いガラス転移温度(Tg )を有するポリマー分散液がしばしば使用される。すなわち、欧州特許出願公開(EP−A)第537411号明細書は、Tg >+30℃を有するポリマー分散液の混和剤としての使用を記載している。この混和剤は、セメント結合物質の強度を改善し、かつ可使時間を延長するということである。
【0005】
特開昭(JP)59−146963号公報は、同様にこの応用分野に対して高いガラス転移温度を有するポリマー分散液を記載している。これらは、「硬質モノマー」、例えばスチレン、メチルメタクリレート、アクリロニトリルまたは塩化ビニル90%以上および親水性コモノマー、例えばアクリルアミド、スチレンスルホン酸ナトリウム、ヒドロキシエチルメチルアクリレートまたはビニルスルホン酸ナトリウム0.02〜10%だけを含む。セメント混和剤としてのこれらの分散液の使用は、高い耐水性ならびに部分的に改善された圧縮強度を有するセメント系建築材料に導く。
【0006】
このようなポリマー分散液を含む水硬性結合剤に基づく建築材料は、比較的もろくかつ殊には低い低温たわみ性を示す。これはポリマーの高いTg のために建築材料内のラテックス粒子のフィルム化が起きないことが原因と推測される。
【0007】
従って、水硬性結合剤に基づく硬化した建築材料のもろさを低下するため、および低温たわみ性の上昇のために、低いTg を有するポリマーを含むポリマー分散液が使用される。すなわち、オーストリア特許(AT)第359904号 明細書は、セメント含有建築資材のための混和剤として−70〜−8℃のTg を有するポリマー分散液の使用を記載している。このような分散液3〜35質量%の混和により、硬化の後に高い低温たわみ性を有するモルタルが得られるということである。しかし、この分散液の混和は、低い強度を有する建築材料に導く。
【0008】
特開昭(JP)63−55143号公報および特開昭(JP)64−5935号公報は、アクリル酸−C4 〜C8 −アルキルエステル55〜90質量%、アクリロニトリルおよび/またはスチレン5〜40質量%、アクリル酸および/またはメタクリル酸1〜10質量%および少なくとも1種の2−ヒドロキシエチル−または2−ヒドロキシプロピル−の(メタ)アクリレートおよび/または(メタ)アクリルアミド1〜10質量%から成り、非イオン性乳化剤の存在下での乳化重合により製造されるポリマーを含むポリマー分散液を記載している。これらのポリマー分散液の使用は、高いたわみ性および低い割れ形成傾向を有する建築資材に導く。しかし、40質量%を越えるポリマー分散液を加えなければならない。これにより得られた建築資材は、不満足な高い吸水性を示し、かつしばしば不快な臭気を有する。これはポリマーの部分加水分解により生成する気体状アンモニアが原因と推測される。
【0009】
特開昭(JP)63−156048号公報は、ヒドロキシル基を有する不飽和モノマー2〜10質量%およびヒドロキシル基を有していないアクリル酸アルキルエステル30〜98質量%を一緒に重合して得られ、実質的に不飽和カルボン酸およびカルボン酸アミドを含まないポリマー分散液の使用を推奨している。この分散液のセメント含有材料中への使用は、良好な接着能力および高い耐クリープ性をもたらす。しかし、このポリマー分散液の耐加水分解性およびこれによるそのセメント含有材料中での安定性は不十分である。さらに、この分散液の混和は、ポリマー変性セメント含有材料の不快な臭気をもたらし、これは分散液の中和の際に使用したアンモニアの遊離が原因と推測される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、高いせん断強度および耐加水分解性を有し、水硬性結合剤に基づく建築材料に混和した際に、硬化した状態の建築材料に改善された機械的性質を得られる水性ポリマー分散液を提供するという課題に基づいていた。殊に分散液は、良好な加工性ならびに同時に殊に低温における高いたわみ性、および強度を有する建築材料をもたらさなければならない。ポリマーは、水硬性結合剤の存在下で無難な臭気でなければならない。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この課題は、モノマーとして
a)アクリル酸とC2 〜C12−アルカノールとの少なくとも1種のエステル40〜80質量%、
b)少なくとも1種のビニル芳香族モノマーおよび/またはメタクリル酸とC1〜C4 −アルカノールとの少なくとも1種のエステル10〜40質量%、
c)C2 〜C10−アルカンジオールとアクリル酸またはメタクリル酸との少なくとも1種のモノエステル2〜15質量%、
d)少なくとも1個の酸基を有するエチレン性不飽和モノマー、またはそれらの塩の多くとも1.0質量%、
e)エチレン性不飽和ニトリル5質量%未満および
f)α,βエチレン性不飽和モノカルボン酸およびジカルボン酸のアミド1質量%未満
を一緒に重合して含む、少なくとも1種の共重合体を含む水性でアンモニアを含まないポリマー分散液により解決される。
【0012】
従って、本発明は、以上に定義した水性ポリマー分散液の水硬性結合剤に基づく建築材料のための混和剤としての使用に基づく。その際、本発明によるポリマー分散液中に含まれる共重合体は、フィルム形成性成分として作用する。本発明の意味で水硬性結合剤に基づく建築材料は、水硬性結合剤自体でも、また少なくとも5質量%、殊には10質量%および殊に有利には少なくとも25質量%をいずれも水硬性結合剤および添加材の全質量に対して少なくとも1種の水硬性結合剤を含む建築材料ならびに建築資材でもある。有利には、セメントを結合剤として含む建築材料内への使用である。
【0013】
水硬性結合剤に基づく建築材料は、一般に水(調合水)および場合により慣用の無機質および/または非無機質添加材の添加により、加工できる形、多くは液体または塑性変形可能な材料の形に転換される。これらの材料は通常放置しても時間経過により硬化する。このように加工できる水硬性結合剤に基づく代表的な建築材料は、セメント、モルタル、しっくい、タイル接着剤、無機質シール材、コンクリートなどである。これらの建築材料は、建築に使用する際に含まれる添加材の量および種類および/または水分により実質的に区別される。
【0014】
本発明によると、水硬性結合剤に基づく建築材料に、本明細書中に記載のポリマー分散液を加える。混和物は、例えば本明細書中に記載のポリマー分散液による調合水の少なくとも一部分の置換による、例えば加工可能な形への建築材料の転換により行うことができる。ポリマー分散液の本発明による使用は、分散液の乾燥により得られる粉末または顆粒の形でも可能である。これらの粉末または顆粒は、水硬性結合剤に基づく建築材料に、乾燥状態(すなわち水添加の前)でも、また水添加の間またはその後でも加えることができる。
【0015】
水硬性結合剤および水硬性結合剤に基づく建築材料の量に関するすべての記載は、別途言及しない限り、その固体含有量に対するものである。水硬性結合剤および水硬性結合剤に基づく建築材料の固体含有量は、120℃における24時間乾燥により測定できる。無機質部分として、建築材料の乾燥固体、すなわち水硬性結合剤および添加材の全量であって、有機物質も多孔性物質も含まないものと理解する。多くの場合に、水硬性結合剤に基づく建築材料の無機質部分は、場合により粉砕した建築材料の試料のか焼により測定できる。
【0016】
本発明により使用されるポリマー分散液およびその成分、殊には共重合体、乳化剤ならびに場合により含まれる補助物質に関する量のすべての記載は、別途言及しない限り、固体として算出する。ポリマー分散液および液状分散成分、例えば乳化剤の大部分の溶液の固体含有量は、120℃において一定重量となるまで乾燥して測定できる。
【0017】
有利には、ポリマー粒子として水中に分散している共重合体は、50〜1000nm、殊には50〜500nm、特に有利には60〜300nmの範囲内の平均粒径を有するポリマー粒子として存在する。共重合体は、エチレン性不飽和モノマーを一緒に重合して含む。一緒に重合したモノマーの量の記載は、合計して100質量%となる。平均粒径の調節は、公知の方法、例えば種ラテックスの装入により、その場で重合開始時に形成される種ラテックスにより、乳化剤濃度によりまたはこれらの手段の組み合わせにより行われる。
【0018】
有利には、共重合体は、モノマーとしてアクリル酸とC2 〜C12−アルカノールとの少なくとも1種のエステル55〜80質量%および殊に有利には60〜75質量%を一緒に重合して含む。好適なC2 〜C12−アルカノールは、線状C2 〜C12−アルカノール、分枝状C3 〜C12−アルカノールおよびC5 〜C10−シクロアルカノールである。殊に好適には、線状または分枝状C2 〜C8 −アルカノールである。モノマーa)の例は、エチルアクリレート、n−ブロピルアクリレート、イソ−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、sec−ブチル−アクリレート、t−ブチルアクリレート、3−メチルブチルアクリレート、2−メチルブチル−アクリレート、n−ペンチルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−デシルアクリレート、2−プロピルヘプチルアクリレート、イソ−ボルニルアクリレート、ノルボルニルアクリレート、4−t−ブチルシクロヘキシルアクリレートおよび2,3,5−トリメチルシクロヘキシルアクリレートである。殊に有利には、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレートおよび2−エチルヘキシルアクリレート、およびこれらの混合物である。
【0019】
有利には、共重合体は、モノマーb)として、少なくとも1種の1回不飽和ビニル芳香族モノマーおよび/またはC1 〜C4 −アルカノールの少なくとも1種のメタクリル酸エステルを12〜35質量%、および殊に有利には15〜30質量%含む。好適なビニル芳香族は、スチレン、α−メチルスチレン、α−フェニルスチレン、o−クロロスチレン、ビニルトルエンおよびこれらの混合物である。殊に有利なビニル芳香族はスチレンである。好適なC1 〜C4 −アルカノールのメタクリル酸エステルは、例えばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、イソ−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、sec−ブチルメタクリレートおよびt−ブチルメタクリレートであり、この中で有利にはメチルメタクリレートである。殊に有利なモノマーb)はスチレンである。
【0020】
モノマーa)およびb)(主モノマー)は、通常、合計して、すべての一緒に重合するモノマーの80〜98質量%、有利には85〜98質量%および殊に有利には90〜97質量%となる。モノマーb)およびモノマーa)から成る殊に有利なモノマーの組み合わせは、スチレン/n−ブチルアクリレート、スチレン/n−ブチルアクリレート/2−エチルヘキシルアクリレート、スチレン/2−エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート/n−ブチルアクリレート、メチルメタクリレート/n−ブチルアクリレート/2−エチルヘキシルメタクリレート、メチルメタクリレート/2−エチルヘキシルアクリレート、スチレン/メチルメタクリレート/n−ブチルアクリレート、スチレン/メチルメタクリレート/n−ブチルアクリレート/2−エチルヘキシルアクリレートの組み合わせである。
【0021】
本発明の使用に対して有利には、例えば
−主モノマーとしてスチレンおよびn−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートおよびエチルアクリレートから選ばれた少なくとも1種のアクリル酸エステルを含む共重合体、または
−主モノマーとしてメチルメタクリレートおよびn−ブチルアクリレートおよび2−エチルヘキシルアクリレートから選ばれた少なくとも1種のアクリル酸エステルを含む共重合体
である。
【0022】
有利には、共重合体は、モノマーc)として、C2 〜C10−アルカンジオールとアクリル酸またはメタクリル酸との少なくとも1種のモノエステル3〜12質量%および殊に有利には3〜9質量%を一緒に重合して含む。好適なアルカンジオールは、線状C2 〜C10−アルカンジオール、分枝状C3 〜C10−アルカンジオールおよびC5 〜C10−シクロアルカンジオール、有利には線状C2 〜C6 −α,ω−アルカンジオールである。好適なモノマーc)の例は、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、3−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートおよび4−ヒドロキシブチルメタクリレートである。
【0023】
本発明によると、共重合体は、モノマーd)として、少なくとも1個の酸基、例えばカルボキシル基またはスルホン酸基を有するエチレン性不飽和モノマーまたはその塩を多くとも1.0質量%一緒に重合して含む。従って有利には、共重合体は、少なくとも1種のモノマーd)0.1〜1.0質量%、殊には0.2〜1質量%、殊には0.2〜0.8質量%を一緒に重合して含むか、またはこれは一緒に重合するモノマーd)を実質的に含まない(重量割合<0.1、殊には<0.05および特に有利には,0.01ならびに0質量%)。モノマーd)として好適にはα,β−エチレン性不飽和C3 〜C6 −モノカルボン酸、例えばアクリル酸またはメタクリル酸、およびモノエチレン性不飽和C4 〜C8 −ジカルボン酸、例えばマレイン酸、フマル酸、イタコン酸およびシトラコン酸である。好適なモノマーd)は、さらにスルホン酸基を有するエチレン性不飽和モノマー、例えばビニルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルオキシエタンスルホン酸および2−メタクリルオキシエタンスルホン酸、これらの塩、有利にはこれらのアンモニウム塩、殊には室温において非揮発性のアミンのアンモニウム塩、および有利にはこれらのアルカリ金属塩、殊にはナトリウム塩である。有利には、アクリル酸およびメタクリル酸である。
【0024】
共重合体は、有利には、4質量%未満のエチレン性不飽和ニトリル、例えばアクリロニトリルまたはメタクリロニトリルを含む。殊に有利には、共重合体は実質的にこのようなニトリルを含まないかまたはこれらは0.1から多くとも3.5質量%の量で有する。一緒に重合されるニトリルの低い含有量は、本発明により変性された建築材料の低い吸水性にとって有利である。
【0025】
共重合体は、有利には0.5質量%未満のα,β−不飽和モノカルボン酸およびジカルボン酸のアミドを含む。殊に有利には、本発明により使用されるポリマー分散液は、カルボン酸のアミドを含まないか、または実質的に含まない。α,β−エチレン性不飽和カルボン酸のアミドのできるだけ低い含有量は、水硬性結合剤の存在下での本発明による分散液の低い臭気発生にとって有利である。
【0026】
さらに、共重合体は、少量のその他のモノマー、例えば慣用的に水性ポリマー分散液の製造に使用されるものを含むことができる。
【0027】
好適なその他のコモノマーは、例えばケイ素含有モノマー、殊にはシリル基を有するモノマー、例えばビニルトリアルコキシシラン、例えばビニルトリメトキシシラン、アルキルビニルジアルコキシシランまたは(メタ)アクリルオキシアルキルトリアルコキシシラン、例えば(メタ)アクリルオキシエチルトリメトキシシラン、(メタ)アクリルオキシプロピルトリメトキシシランおよびトリメトキシシリルプロピルメタクリレート、グリシジル基を有するモノマー、殊にはグリシジル(メタ)アクリレート、グリシジルビニルエーテル、1,3−ジケト基を有するモノマー、殊にはアセトキシエチル(メタ)アクリレートおよびジアセトン(メタ)アクリルアミド、尿素基を有するモノマー、例えばウレイドエチル(メタ)アクリレート、さらにアクリルアミドグリコール酸およびメタクリルアミドグリコラートメチルエステルである。これらのその他のコモノマーを本発明により使用されるポリマー分散液内に含む場合には、これらは、通常0.1〜10質量%の量、有利には5質量%を越えない量を共重合体内で一緒に重合している。
【0028】
特に有利には、
a)エチルアクリレート、n−ブチルアクリレートおよび2−エチルヘキシルアクリレートから選ばれた少なくとも1種のモノマーa)55〜80質量%および殊には60〜76質量%、
b)スチレンおよび/またはメチルメタクリレート12〜35質量%、殊には15〜30質量%、
c)C2 〜C6 −アルカンジオール、有利にはC2 〜C4 −アルカンジオールとアクリル酸またはメタクリル酸、有利にはアクリル酸との少なくとも1種のモノエステル3〜12質量%、殊には3〜9質量%、例えば約4、約6または約8質量%、および場合により
d)アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸およびイタコン酸、有利にはアクリル酸およびメタクリル酸から選ばれた少なくとも1種のエチレン性不飽和カルボン酸1質量%未満、有利には0.1〜1質量%、殊には0.2〜1質量%、
を一緒に重合して含む共重合体である。殊に有利には、共重合体はさらに第一級アミノ基および/またはニトリル基を含まない。他の態様形では、共重合体は、酸基を含むモノマーd)を含まずかつ上記のモノマーa)、b)およびc)を上記の量で、また有利には有利と記載した量で含む。
【0029】
本発明の有利な態様形において、共重合体は、ビニル芳香族、殊にはスチレンのみをモノマーb)として含む、これは殊には、少なくとも1個の酸基を有する共重合体が一緒に重合したエチレン性不飽和モノマー(モノマーd)を実質的に含まない場合に特に該当する。
【0030】
使用される共重合体は公知、市場で入手可能であるかまたは公知の方法で製造できる。
【0031】
共重合体の製造は、通常、少なくとも1種のラジカル性重合開始剤および場合により1種またはそれ以上の界面活性物質の存在下でカジカル性、水性乳化重合により行う。
【0032】
水性乳化重合は、慣用の方法、例えば「ポリマー科学および技術百科事典」("Encyclopedia of Polymer Science and Technology", Vol. 5, Wiley & Sons Inc., NY 1966, 847ページ) に従って行うことができる。また多相粒子の形で水中に分散した共重合体が使用できる。その製造は、順次法、例えば欧州特許(EP)第555959号、欧州特許(EP)第308753号および欧州特許(EP)第654454号の各明細書に記載の方法で行うことができる。
【0033】
重合は、通常の方法で、ラジカル形成性化合物(開始剤)の存在下で行う。これらの化合物を、重合の際に使用するモノマーに対して、有利には0.05〜10、殊に有利には0.5〜5質量%を必要とする。
【0034】
また、慣用の架橋剤の存在下で重合した高分子共重合体も使用できる。好適な架橋剤は、例えば、ここに全体を引用して編入するドイツ特許(DE)第19729161.9号明細書から専門家には公知である。
【0035】
乳化重合の実施に好適な界面活性物質は、通常この目的に使用される保護コロイドおよび乳化剤である。界面活性物質は、通常、重合するモノマーに対して10質量%以下、有利には0.1〜7.5質量%および殊には1〜5質量%の量で使用する。
【0036】
好適な保護コロイドは、例えばポリビニルアルコール、デンプン誘導体およびセルロース誘導体またはビニルピロリドンを含む共重合体である。その他の好適な保護コロイドの詳細な記載は、ホウベン−ヴァイル「有機化学の方法」第XIV/1巻、高分子物質(Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV/I, Macromolekulare Stoffe, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart 1961) 411〜420ページに記載されている。乳化剤および/または保護コロイドの混合物も使用できる。
【0037】
有利には、共重合体の製造の際に、保護コロイドを使用しない。ポリマー分散液が保護コロイドを含む場合には、これに有利にはポリマー分散液の製造の後に初めて加える。
【0038】
殊に有利には、界面活性物質として、相対分子量が保護コロイドとは異なって通常2000以下である乳化剤のみを使用する。これらは陰イオン性、陽イオン性または非イオン性であることができる。本発明の範囲内で使用される乳化剤は、有利には非イオン性または陰イオン性乳化剤である。非イオン性乳化剤は通常非イオン性アルコキシル化乳化剤であるけれども、陰イオン性乳化剤は以下において陰イオン性非アルコキシル化乳化剤と陰イオン性アルコキシル化乳化剤とを区別する。
【0039】
陰イオン性非アルコキシル化乳化剤には、硫酸アルキル(アルキル基:C8 〜C40)、例えば硫酸半エステル、C8 〜C22−脂肪アルコールまたはC8 〜C32−オキソアルコール、アルキルスルホン酸(アルキル基:C12〜C18)、スルホコハク酸ジ−C6 〜C25−アルキルエステルおよびアルキルアリールスルホン酸(アルキル基:C6 〜C32)、例えばC6 〜C32−アルキルフェノールのアルカリ金属塩およびアンモニウム塩が挙げられる。その他の好適な乳化剤は、ホウベン−ヴァイル「有機化学の方法」第XIV/1巻、高分子物質(Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV/I, Macromolekulare Stoffe, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart 1961) 192〜208ページに記載されている。
【0040】
陰イオン性非アルコキシル化乳化剤には、また一般式I
【0041】
【化1】
【0042】
〔式中、R1 およびR2 は水素またはC4 〜C24−アルキルを表し、かつ同時には水素でなく、またXおよびYはアルカリ金属イオンおよび/またはアンモニウムイオンであることができる〕の化合物も挙げられる。XおよびYは有利にはナトリウム、カリウムまたはアンモニウムであり、その際ナトリウムが殊に有利である。しばしば、モノアルキル化製品の50〜90質量%の割合を有する工業的混合物、例えばダウファックス(Dowfax)(R) 2A1(ダウ・ケミカル社(Dow Chemical Company)の商品名)も使用される。化合物Iは、一般に、例えば米国特許(US−A)第4269749号明細書から公知であり、また市場で入手できる。
【0043】
本発明による使用のために有利には、アルコキシル化乳化剤、殊には非イオン性アルコキシル化乳化剤および/または陰イオン性アルコキシル化乳化剤を含むポリマー分散液である。アルコキシル化乳化剤は本発明により使用されるコポリマーの取り扱い性、例えばコポリマーおよび水硬性結合剤の混合性および加工性およびポリマーと水硬性結合剤との許容性も、コポリマーを用いて変性された水硬性結合剤の取り扱い性および機械的性質も改善する。
【0044】
アルコキシル化乳化剤は、親水性部分内にオリゴアルキレンオキシド単位またはポリアルキレンオキシド単位を有する乳化剤である。通常、アルコキシル化乳化剤は、親油性基を有する親油性化合物または複数の化合物をアルキレンオキシド、殊にはエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドと反応させて得られる。このようなアルコキシル化乳化剤は、追加してイオン性殊には陰イオン性基を用いて変性されていてもよい。これに応じて、少なくとも1個の陰イオン性または陰イオン原性基を有する陰イオン性アルコキシル化乳化剤と、このような基を持っていない非イオン性アルコキシル化乳化剤が区別される。
【0045】
親油性基を有する親油性化合物または複数の化合物の例は、脂肪族、芳香族および/または芳香脂肪族アルコール、アミド、アミンおよびカルボン酸ならびにこれらの誘導体である。有利には、親油性基を有する親油性化合物または複数の化合物は、脂肪酸、脂肪アルコール、オキソアルコール、これらから誘導されたアミン、アミドおよび塩、フェノール、アルキルフェノール、ヒドロキシナフタレンまたはアミノナフタレン、ジカルボン酸およびこれらのエステルまたは半エステルおよび少なくとも1個のヒドロキシル基を有する親油性または親油性部分を有するポリアルキレンオキシド、例えばポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシドおよびエチレンオキシド、プロピレンオキシドおよび/またはブチレンオキシドから成るランダム共重合体またはブロック共重合体である。
【0046】
このようなアルコキシル化乳化剤のアルコキシル化度は、通常、2〜150、有利には3〜100および殊に有利には4〜50の範囲内にある。
【0047】
有利な非イオン性脂肪族アルコキシル化乳化剤の例は、アルコキシル化度3〜100、有利には4〜50を有するエトキシル化またはエトキシル化/プロポキシル化、有利にはエトキシル化C6 〜C32−脂肪アルコールおよびC6 〜C32−脂肪アミン、C6 〜C60−オキソアルコールおよびC6 〜C60−アミン、線状第一級C6 〜C60−チーグラー(Ziegler) アルコール、脂肪酸アルキロールアミド、脂肪酸および脂肪酸アミドならびにポリアルキレンオキシド付加物、例えばエチレンオキシド−プロピレンオキシド−ブロック共重合体である。
【0048】
有利な非イオン性脂肪族アルコキシル化乳化剤は、エトキシル化C6 〜C32−脂肪アルコール、有利にはC8 〜C20−脂肪アルコール、殊にはC9 〜C16−脂肪アルコール、例えば天然産出脂肪酸の還元により得られるほとんど分枝していない脂肪アルコール、および脂肪アルコールと比較して一般にさらに多く分枝しているエトキシル化C6 〜C32−オキソアルコール、有利にはC8 〜C20−オキソアルコールおよび殊にはC9 〜C16−オキソアルコールであって、平均エトキシル化度2〜150、有利には4〜50、殊には6〜30、例えば8〜15または12〜25のものから選ばれる。有利な非イオン性脂肪族アルコキシル化乳化剤の例は、エトキシル化度4〜50、殊には8〜25を有するエトキシル化ラウリルアルコール、例えばBASF株式会社のルテンゾル商標(Lutensolmarken)のLUTENSOL(R) AT18およびAT25である。
【0049】
非イオン性芳香族または芳香−脂肪族アルコキシル化乳化剤の例は、平均アルコキシル化度2〜150、有利には3〜100および殊には3〜50を有するエトキシル化およびエトキシル化/プロポキシル化、有利にはエトキシル化C6 〜C32−アルキルフェノール、殊にはC6 〜C16−アルキルフェノールである。
【0050】
陰イオン性アルコキシル化乳化剤の陰イオン基は、通常、硫酸基、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基およびリン酸基から選ばれる。陰イオン基の対イオンとして好適には、陽イオン、例えばナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオンまたはアンモニウムイオンならびにこれらの混合物である。有利には、アンモニウムイオンとは異なる対イオンは、軽度に揮発性のアミン、例えばアンモニア、メチルアミンまたはエチルアミンである、有利な対イオンはナトリウムイオンである。有利な陰イオン基は、硫酸基およびスルホン酸基である。
【0051】
陰イオン性アルコキシル化乳化剤の例は、上記の非イオン性アルコキシル化乳化剤の硫酸半エステルおよびリン酸モノエステル、ならびにC8 〜C32−アルケニルポリエトキシスルホナートならびにC8 〜C32−アルケニルポリエトキシスルファート、C8 〜C32−アルキルグリセリルポリエトキシスルホナート、エトキシル化スルホコハク酸半エステルおよびエトキシル化スルホコハク酸ジエステル、C8 〜C32−アルケニルポリエトキシホスファートまたはジアルキルポリエトキシホスファート、エトキシル化され一回または複数回核スルホン化されたモノアルキルビフェニルエーテルおよびジアルキルビフェニルエーテル、エトキシル化α−スルホ脂肪酸エステル、エトキシル化脂肪酸アルカノールアミンスルファート、スルホン化または硫酸化エトキシル化脂肪酸エステル、脂肪酸サルコシド、脂肪酸グリコラート、脂肪酸ラクタート、脂肪酸タウリドおよび脂肪酸イソチオナートであって、これらは2〜150、有利には2〜100および殊に有利には3〜50の範囲内のアルコキシル化度を有し、およびこれらの塩、殊にはアルカリ金属塩、例えばナトリウム塩またはカリウム塩、またはアンモニウム塩、有機アミン、例えばモノ−C1 〜C4 −アルキルアミン、ジ−C1 〜C4 −アルキルアミンまたはトリ−C1 〜C4 −アルキルアミンまたはモノエタノールアミン、ジエタノールアミンまたはトリエタノールアミンとの塩である。
【0052】
有利な陰イオン性脂肪族アルコキシル化乳化剤は、エトキシル化C8 〜C20−脂肪アルコール、殊にはC9 〜C16−脂肪アルコール、例えば天然産出脂肪酸の還元により得られるほとんど分枝していない脂肪アルコールの硫酸半エステル、および一般に脂肪アルコールと比較してより多く分枝しているエトキシル化C8 〜C32−オキソアルコール、殊にはC9 〜C16−オキソアルコールであって、平均エトキシル化度2〜50、殊には2〜30、例えば2〜15または9〜30を有するものから選ばれる。
【0053】
有利な陰イオン性芳香族または陰イオン性芳香−脂肪族アルコキシル化乳化剤は、エトキシル化およびエトキシル化/プロポキシル化、有利にはエトキシル化C6 〜C32−アルキルフェノール、殊にはC6 〜C16−アルキルフェノールおよび殊に有利にはオクチルフェノールおよびノニルフェノールの硫酸−半エステルであって、2〜50、殊には2〜35の範囲内の平均アルコキシル化度を有するものから選ばれる。
【0054】
場合により、本発明による調製物は、非アルコキシル化乳化剤も含むことができるが、しかし通常、使用される乳化剤の少なくとも50質量%、有利には少なくとも75質量%はアルコキシル化乳化剤である。一つの態様形では、本発明による調製物は、実質的に非アルコキシル化乳化剤を含まない。他の有利な態様形は、少なくとも1種の非イオン性アルコキシル化乳化剤およびアルコキシル化および陰イオン性非アルコキシル化乳化剤から選ばれた少なくとも1種の陰イオン性乳化剤を含む調製物に関する。
【0055】
有利には、本発明により使用されるポリマー分散液またはこれから乾燥により、すなわち揮発性成分の少なくとも80質量%、有利には少なくとも85質量%または少なくとも90質量%を除去することにより得られるポリマー粉末またはポリマー顆粒は、ポリマー分に対して0.2〜10質量%および有利には0.5〜5質量%の少なくとも1種の乳化剤を含む。
【0056】
本発明の有利な態様形では、アルコキシル化乳化剤として、少なくとも1種の非イオン性アルコキシル化乳化剤、有利には非イオン性脂肪族アルコキシル化乳化剤を使用する。
【0057】
有利には、本発明により使用される重合体は、
−少なくとも1種の非イオン性アルコキシル化乳化剤および少なくとも1種の陰イオン性アルコキシル化乳化剤の混合物または
−少なくとも1種の非イオン性アルコキシル化乳化剤、少なくとも1種の陰イオン性アルコキシル化乳化剤および少なくとも1種の陰イオン性非アルコキシル化乳化剤の混合物または
−少なくとも1種の陰イオン性非アルコキシル化乳化剤および少なくとも1種の非イオン性アルコキシル化乳化剤の混合物
を含む。
【0058】
このような乳化剤の混合物を含むポリマー分散液は、殊にはせん断負荷に対するさらに上昇した安定性を特徴とする。
【0059】
本発明により使用される共重合体が、少なくとも1種の陰イオン性乳化剤および少なくとも1種の非イオン性アルコキシル化乳化剤の混合物を含む場合には、含まれている乳化剤の全量の通常は15〜90質量%、有利には25〜80質量%および殊には40〜70質量%が陰イオン性乳化剤に割り当てられる。
【0060】
本発明による殊に有利な乳化剤混合物は、少なくとも1種の非イオン性脂肪族アルコキシル化乳化剤、有利にはエトキシル化C8 〜C20−脂肪アルコール、殊にはC9 〜C16−脂肪アルコール、および/またはエトキシル化C8 〜C32−オキソアルコール、殊にはC9 〜C16−オキソアルコールであって、平均エトキシル化度5〜50、殊には6〜30を有するもの、および少なくとも1種の陰イオン性脂肪族アルコキシル化乳化剤、有利にはエトキシル化C8 〜C20−脂肪アルコール、殊にはC9 〜C16−脂肪アルコールの硫酸半エステルおよび/またはエトキシル化C8 〜C32−オキソアルコール、殊にはC9 〜C16−オキソアルコールの硫酸半エステルであって、平均エトキシル化度2〜50、殊には3〜35を有するものを含む。
【0061】
上記の界面活性物質、殊には乳化剤は、全部または一部分を共重合体の製造の際に使用し、全部または一部分を共重合体の製造の後に加えるか、または全部または一部分を本発明による建築材料の製造のために使用の際に加えることができる。水性媒体中のラジカル乳化重合により本発明により使用される共重合体の製造の際に、乳化剤の全量の少なくとも25質量%、有利には少なくとも35質量%および殊に有利には少なくとも50質量%を共重合体の製造の際に使用すると有利なことが証明されている。
【0062】
数種の態様形では、乳化剤の全量を実質的に共重合体の製造の際に使用する。他の有利な態様形では、使用する殊にはイオン性乳化剤の全量の30〜65質量%、有利には35〜60質量%および殊に有利には40〜55質量%を、ラジカル乳化重合の過程で加える。乳化剤の残量は、重合終了の後に加える(後鹸化)。製造および「後鹸化」のために、同じかまたは異なる乳化剤を加えることができ、その際、複数の乳化剤の添加の場合に、乳化剤の混合比は、共重合体の製造のためと後鹸化のためとで異なることができる。殊には、後鹸化の際に、陰イオン性アルコキシル化乳化剤および/または陰イオン性非アルコキシル化乳化剤を使用できる。
【0063】
水硬性結合剤に基づく建築材料の機械的強度の十分な改善を達成するために、通常、−60℃以上、有利には−50℃以上のガラス転移温度を有する共重合体の使用が推奨される。従って、共重合体は、有利にはガラス転移温度Tg >−45℃、殊に有利には>−40℃および殊には>−35℃を有する。
【0064】
建築材料のたわみ性、殊には低温たわみ性の十分な改善を達成するために、水硬性結合剤に基づく建築材料中の共重合体は、フィルム化できなければならなかった。従って、本発明により使用される共重合体は、通常、<+40℃、殊には<+30℃、特に有利には<+20℃、殊に有利には<+10℃および殊には<+0℃のガラス転移温度Tg を有する。
【0065】
従って、本発明による使用に好適な共重合体は、約−30℃、約−25℃、約−20℃、約−15℃、約−10℃または約−5℃のガラス転移温度Tg を有する。
【0066】
ガラス転移温度Tg としては、本明細書では、ASTM D3418−82に従って、示差熱分析(DTA)により測定される「中間点温度」と理解する(ウルマンの「工業化学百科事典」第五版(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Volume A21, VCH Weinheim, 1992) 169ページならびにゾーゼル(Zosel, Farbe und Lack 82 (1976), S. 125-134) 参照、またDIN53765も参照)。
【0067】
異なるガラス転移温度の共重合体成分を含むポリマー分散液において、通常、少なくとも主要部分が上記の範囲内に入るガラス転移温度Tg を有する場合に有利である。このような調製物は、例えば2種またはそれ以上の異なる共重合体の混合によりまたは、例えば多段重合体、核−殻構造を有するポリマー粒子またはその他の非ランダムな組成を有する共重合体粒子に導く重合方法により得られる。
【0068】
所望の値へのガラス転移温度Tg の調節は、相応するモノマーの選択によっても、また共重合体または数種の共重合体内に使用するモノマーの量比率の選択によっても行うことができる。
【0069】
これに関連して、コポリマーPのガラス転移温度Tg を推定すると役立つことが分かっている。フォックス(T.G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. (Ser.II) 1、 123 (1956))およびウルマンの「工業化学百科事典」(Ullmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie, Weinhein (1980))17〜18ページによると、弱く架橋した共重合体のガラス転移温度は、高い分子量において、良い近似で、
【0070】
【数1】
【0071】
〔式中、X1 、X2 、・・・、Xn は、モノマー1、2、・・・、nの質量分率、およびTg 1 、Tg 2 、・・・、Tg n は、モノマー1、2、・・・、nのそれぞれ一種類から構成されたポリマーの単独の絶対温度表示ガラス転移温度を表す〕が成立する。後者は、例えばウルマンの「工業化学百科事典」第A21巻(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH Weinheim, Volume A21, 1992)169ページまたはブランドラップら(J. Brandrup, E.H. Immergut, Polymer Handbook 3rd. Ed. J. Wiley, New York, 1989)から知られている。
【0072】
上記のポリマー粒径の調節の方法は、例えば欧州特許出願公開(EP−A)第126699号、欧州特許出願公開(EP−A)第567881号、欧州特許出願公開(EP−A)第567819号、ドイツ特許出願公開(DE−A)第3147008号およびドイツ特許出願公開(DE−A)第4213967号の各明細書から公知である。
【0073】
有利には、本発明により使用されるポリマー分散液は、6.7〜8.0、有利には6.8〜7.5および特に有利には6.9〜7.2、例えば7.0〜7.1の範囲内のpH値を有する、ポリマー分散液のpH値の調節のために、有利には非揮発性塩基が使用される。好適な非揮発性塩基は、例えばカセイソーダ、カセイカリおよび例えば固体としても水溶液(水酸化カルシウム溶液)としても使用できる石灰乳が使用される。有利には、水性懸濁液としての石灰乳が使用される。特定の上記のpH範囲の維持および上記の塩基の使用は、本発明により使用される分散液の使用範囲に有利に影響する。殊には、ポリマー分散液と水硬性結合剤との認容性は有利に影響する。
【0074】
本発明により使用されるポリマー分散液は、直接、場合により固体含有量の調整の後および/または慣用の補助物質(以下に記載のようなもの)の添加の後に、水硬性結合剤に基づく建築材料に加えることができる。水性分散液を本発明に従って使用する場合には、分散液の固体含有量、すなわち非揮発性成分の割合は、通常、20〜80質量%の範囲内である。有利には、分散液は、固体含有量に対して、30〜70質量%、殊には35〜60質量%および殊に有利には40〜55質量%の水性分散液を使用する。
【0075】
水性分散液の粘度は、55%分散液として、DIN53019による回転粘度計を用いて23℃、せん断速度250s- 1で測定して、10〜2500mPas、有利には20〜500mPas、の範囲内にある。水性ポリマー分散液は、有機溶剤、有利には水と混合可能な有機溶剤、例えばアルコール、ジオールおよびポリオールを含むことができる。有利には、有機溶剤の含有量は、ポリマー分散液の全質量に対して10質量%未満、殊に有利には、ポリマー分散液は実質的に有機溶剤を含まない。
【0076】
本発明により使用されるポリマー分散液は、半エステルの形、例えばペースト状物質、または固体形、例えば粉末または顆粒としてでも使用できる。ポリマー粉末またはポリマー顆粒は、ポリマー分散液から乾燥、有利には噴霧乾燥により得られる。
【0077】
従って、本発明の対象は、上記のポリマー分散液から揮発性成分の少なくとも80質量%、有利には少なくとも90質量%を除去して得られるポリマー粉末またはポリマー顆粒の、水硬性結合剤に基づく無機質建築材料への混和剤としての使用でもある。
【0078】
ポリマー分散液、ポリマー粉末またはポリマー顆粒は、慣用の助剤を含むことができる。助剤は、通常、共重合体に対して合計して0.1〜30質量%の量で使用する。慣用の助剤は、例えば湿潤剤、殺菌剤、殺生物剤、消泡剤、例えばBASF(ルードヴィヒスハーフェン(Ludwigshafen))、ミュンチッヒ社(ハイルブロン)(Fa. Muenzig(Heilbronn))およびワッカー社(ミュンヘン)(Fa. Wacker(Muenchen))の市場で入手できる消泡剤、増粘剤、凍結防止剤、レベリング剤、柔軟剤およびフィルム形成助剤である。好適なフィルム形成助剤は、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジブチレングリコール、これらのC1 〜C4 −アルカノールとの半エーテル、例えばジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、これらのエーテル−アセタート、例えばジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタートおよびジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセタートおよびプロピレングリコールモノブチルエーテルアセタート、ジプロピレングリコール−n−ブチルエーテルアセタート、さらに脂肪族モノカルボン酸およびジカルボン酸のアルキルエステル、例えばイーストマンコダック(Eastman Kodak) のテキサノール(Texanol) (R) またはこれらの工業的混合物、例えばBASF株式会社のルソルヴァン(Lusolvan)(R) FBH(コハク酸、グルタル酸およびアジピン酸のジ−n−ブチルエステル混合物)である。柔軟剤として、すべての慣用で、分散液に適する柔軟剤、例えば(オリゴ)プロピレングリコールアルキルフェニルエーテル、例えばBASF株式会社のプラスチリット(Plastilit) (R) 3060が市場で入手できて、該当する。
【0079】
本発明により使用されるポリマー分散液、ポリマー粉末またはポリマー顆粒は、追加して水硬性結合剤のための液化剤(Verfluessiger) を含むことができる。通常、水硬性結合剤のための液化剤は、水硬性結合剤に基づく建築材料の性質、殊には加工性および/または結合性の変化のための添加材である。通常、水硬性結合剤に基づく建築材料のためのこのような液化剤は、水溶性の高分子物質である。
【0080】
本発明により使用される分散液を用いて変性された水硬性結合剤に基づく建築材料の良い加工性は、多くの場合に液化剤の存在によりさらに改善することができる。
【0081】
有利には、ナフタレンスルホン酸−ホルムアルデヒド−縮合体、メラミン−ホルムアルデヒド−ポリ縮合体および/またはリグニンスルホナートに基づくもの、例えば欧州特許出願公開(EP−A)第402319号明細書に記載のもの、ならびにカルボン酸およびジカルボン酸とスチレンとのホモポリマーおよびコポリマーに基づくもの、例えば欧州特許出願公開(EP−A)第306449号明細書および米国特許(US−A)第3952805号明細書、またはイソブタンまたはジイソブタンとのもの、例えばドイツ特許出願公開(DE−A)第3716974号明細書、欧州特許出願公開(EP−A)第338293号明細書、ドイツ特許出願公開(DE−A)第3925306号明細書、米国特許(US−A)第4586960号明細書、米国特許(US−A)第4042407号明細書および米国特許(US−A)第4906298号明細書に記載の液化剤が好適である。
【0082】
同様に、不飽和カルボン酸と不飽和カルボン酸のヒドロキシアルキルエステルとの共重合体、例えば欧州特許(EP)第97613号明細書に記載のものに基づき、共重合したカルボン酸モノマーおよびアクリル酸およびメタクリル酸のポリアルキレンオキシドエステル、例えばドイツ特許出願公開(DE−A)第4420444号明細書に記載のものに基づき、エチレン性不飽和ポリオキシアルキレンエーテル、複数回不飽和アルケニルエーテルおよび無水マレイン酸、例えば欧州特許(EP)第619277号明細書に記載のものに基づき、またはマレイン酸誘導体とビニルモノマーとのコポリマー、例えばドイツ特許出願公開(DE−A)第4304109号明細書および欧州特許出願公開(EP−A)第610699号明細書に記載のものに基づく液化剤も好適である。
【0083】
上記の公開文献は、ここに全体を引用する。
【0084】
このような液化剤は、例えばADDIMENT社(ハイデルベルク(Heideiberg))、SKW(トロストベルク(Trostberg) )、BASF(ルードヴィヒスハーフェン(Ludwigshafen))殊にはソカラン(Sokalan) 商標、およびDYCKERHOFF(ヴィスバーデン(Wiesbaden) )から市販され入手できる。
【0085】
有利には、ナフタレンスルホン酸縮合体、カルボン酸モノマー共重合体、アクリル酸およびメタクリル酸のポリアルキレンオキシドエステルとに基づく液化剤を使用する。
【0086】
本発明により使用される共重合体、すなわちポリマー分散液、ポリマー粉末またはポリマー顆粒は、水硬性結合剤に基づく建築材料に、共重合体として計算しかつ水硬性結合剤の乾燥質量に対して、有利には、5〜250質量%、殊に有利には10〜150質量%および殊には20〜100質量%の量を使用する。通常、水硬性結合剤および水硬性結合剤に基づく建築材料の所望の性質改善を達成するためには、水硬性結合剤に対してポリマー10〜50質量%または15〜40質量%の混和ですでに十分である。
【0087】
本発明により使用されるポリマー分散液、ポリマー粉末またはポリマー顆粒は、水硬性結合剤に基づく建築材料に、通常、共重合体として計算しかつ建築材料の無機質成分の乾燥質量に対して、2〜150質量%、有利には5〜80質量%および殊に有利には10〜50質量%の量を添加する。通常、建築材料の所望の性質改善を達成するためには、水硬性結合剤に基づく建築材料の無機質成分の乾燥重量に対して、ポリマー5〜35質量%または10〜25質量%の添加で十分である。
【0088】
水硬性結合剤に基づく建築材料のための慣用の助剤は、殊には上記の助剤および液化剤である。建築材料中に使用するための好適その他の助剤は、専門家には公知であり、例えばH.ロイル「建築化学ハンドブック」(H. Reul, Handbuch der Bauchemie, Verlag fuer chemische Industrie, H. Ziolkowsky KG, Augsburg (1991)) に記載されている。
【0089】
水硬性結合剤に基づく建築材料のための慣用の添加材として、例えば、無機質添加材、例えば砂利、粗砂、細砂、種々の大きさの石英砂、例えば粒径0.08〜0.8mmのもの、石英粉、例えば粒径≦0.09mm、玄武岩、石灰石、チョーク、大理石、トラス、珪砂、沈降ケイ酸、石炭フライアッシュおよび硫酸バリウムまたは非無機質添加材、例えば有機繊維または有機多孔性物質が該当する。その他の好適な無機質または非無機質添加材は、専門家には公知であり、例えばドイツ建築化学専門現状報告書「変性無機モルタル系と環境」(Sachstandsbericht Dt. Bauchemie: Modifizierte Mineralische Moertalsysteme and Umwelt (1. Ausgabe, Juli 1998) )に記載されている。
【0090】
同様に本発明の対象は、上記のポリマー分散液、これから得られるポリマー粉末またはポリマー顆粒を、いずれも共重合体として計算し、無機成分の乾燥質量に対して、2〜150質量%、有利には5〜80質量%および殊に有利には5〜30質量%含む水硬性結合剤に基づく建築材料を含む。
【0091】
本発明による使用によりその性質を改善できる水硬性結合剤に基づく代表的な建築材料は、セメント、液体セメント、コンクリート、モルタル、しっくい、たたき、結合剤調製物、殊にはセメントに基づくもの、路面舗装およびタイル接着剤である。有利な建築材料は、殊には無機質シール剤である。
【0092】
建築材料は、その使用目的および加工段階に応じて、固体形(例えば調合水ならびにポリマー分散液の添加の前または硬化の後)、液体状ならびに粘度の高い液状または多孔性形で存在することができる。
【0093】
当然ながら、ポリマー分散液から得られたポリマー粉末は、建築資材内に使用する前に無機質結合剤と混合できる。このような調製物は、水硬性結合剤、有利にはセメント、およびポリマーを通常主要成分として含む。さらに、これらの調製物は、慣用の無機質または非無機質添加材および慣用の助剤、例えば上記のものを含むことができる。
【0094】
さらに、本発明は、水硬性結合剤およびポリマー分散液、ポリマー粉末またはポリマー顆粒および場合により水および/または添加材を一緒に混合した、水硬性結合剤に基づく建築材料の機械的強度、弾性および加工性を改善するための方法に関する。好適な混合技術および混合装置は、専門家には公知であり、例えばウルマン「工業化学百科事典」第三版、1951、第1巻、693〜727ページに記載されている。
【0095】
ポリマー分散液、ポリマー粉末またはポリマー顆粒の本発明による使用は、従来技術の水硬性結合剤に基づくポリマー変性建築材料と比較して、ポリマーと水硬性結合剤との混合の際およびその後でも、不快な臭気を全くまたはごく僅か発生するに過ぎないことを特徴とするポリマー変性懸濁液散る材料をもたらす。ポリマー分散液、ポリマー粉末またはポリマー顆粒の本発明による使用は、さらに、無機質結合剤に基づく多数の建築材料において、固化または結合した状態で改善された性質に、殊には高い機械的強度、例えば高いたわみ性、高い破断強度および/または高い凝集力をもたらす。固化または結合した状態の建築材料の耐水性が改善され、またその吸水性は著しく低下する。通常、固化前の水硬性結合剤に基づく建築材料の加工性も、例えば有利ないわゆる「可使時間」によりおよび液状、半固体状またはペースト状建築材料への水硬性結合剤の混合またはスラリー化の際の型への低い接着または粘着により改善される。殊に有利には、本発明による分散液、ポリマー粉末または顆粒の性質は、セメントに基づく建築材料に利用される。
【0096】
本発明によるポリマー分散液は、当然ながら非セメント系の利用、殊には充填材を含む被覆系、特にはたわみ性被覆系例えばたわみ性屋根被覆材料およびシール材ならびに接着材、特には充填剤を含む建築用接着材例えばタイル接着剤に好適である。
【0097】
たわみ性屋根被覆材料の代表的な配合は、水の他に本発明によるポリマー分散液を含む。顔料、例えば二酸化チタンまたは硫酸バリウムおよび充填材例えば炭酸カルシウム、チョーク、タルク、粘土ならびに慣用の助剤、例えば殺生物剤、湿潤剤、フィルム形成助剤、例えば炭化水素例えばガソリン、柔軟剤、溶剤および凍結防止剤、例えばグリセリンまたはグリコール、増粘剤(例えば会合性増粘剤)および消泡剤。顔料の割合は、通常、共重合体1重量部に対して1〜5重量部の範囲内にある。助剤の割合は、通常、共重合体100重量部に対して0.5〜25重量部の範囲内にある。
【0098】
たわみ性屋根被覆材料被覆材の代表的な組成は、ここに引用する欧州特許出願公開(EP−A)第501272号の実施例2に記載され、その際、これに記載のポリマー分散液を本発明によるポリマー分散液に置き換える。たわみ性屋根被覆材料被覆材の別の配合は、L.チャンダー(L. Chander, Paint & Resin 9/10, 1981, 24-25ページ) に記載され、その際、これに使用されたポリマー分散液を同様に本発明による共重合体の分散液に置き換えることができる。
【0099】
タイル接着剤の代表的な配合は、本発明による共重合体および水の他に、また充填材、例えば上記の充填材および/またはケイ酸塩、またはケイ酸、さらには補助材、例えば上記の補助材を含む。充填材の割合は、通常、共重合体1質量部に対して5〜10質量部である。補助材の割合は、通常、共重合体100質量部に対して1〜20質量部である。タイル接着剤の代表的な配合は、ここに引用する欧州特許出願公開(EP−A)第35322号の実施例2および4に記載されている。ここに記載の重合体分散液は、本発明による共重合体−分散液と交換できる。
【0100】
下記の実施例で本発明を制限することなく説明する。
【0101】
【実施例】
本発明の実施例に使用する本発明によるポリマー分散液および比較例のポリマー分散液は、水性媒体中のラジカル重合により得られた。
【0102】
ポリマー分散液の共重合体内に一緒に重合されたモノマーの質量%で表した一覧を第1表に記載する。ポリマー分散液の固体含有量(すなわち非揮発性部分)は、空気循環式乾燥器内、120℃で2時間乾燥による試料の質量損失(約1g)から測定した。ポリマー分散液の粘度は、パール・フィジカ社(Firma Paar Physica)の回転粘度計(レオマート(Rheomat) )を用いて、DIN53019に従って、23℃においてせん断速度250-1で測定した。ガラス転移温度Tg は、メットラー・トレド社(Fa. Mettler Toledo)の示差熱量計DSC820を用い、5℃/分の直線加熱速度で測定した。
【0103】
I.本発明によるポリマー分散液の製造
分散液ED1
アンカー型攪拌機(120回転/分)を有する2lガラス容器内に、完全脱塩水200gを装入した。内部温度85℃において、供給物(Zulauf)1の全量の5質量%および供給物2の全量の10質量%を加えた。装入物を10分間、85℃で重合開始させた。引き続いて85℃において、3.5時間内に供給物1および供給物2の残量を空間的に別々に連続して加えた。さらに30分間この温度に置いた後冷却し、次いで反応混合物を20質量%水酸化カルシウム水溶液を用いて中和した。攪拌しながら供給物3を加えた。このようにして製造した調製物は、非揮発性成分49.8質量%を含み、かつpH値7.2を有していた。粘度は67mPasであった。分散液内に含まれた共重合体は、−14℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0104】
供給物1:
完全脱塩水 185g
エトキシル化度約30を有するエトキシル化ラウリルアルコールの硫酸半エステ
ルのナトリウム塩の30質量%水溶液(ヘンケル社(Fa. Henkel)のディスポニル
(Disponil)FES77);以下では乳化剤溶液I 17g
エトキシル化度約18を有するエトキシル化C16/C18−アルコールの20
質量%水溶液;以下では乳化剤溶液II 13g
スチレン 110g
n−ブチルアクリレート 385g
アクリロニトリル 17g
2−ヒドロキシエチルアクリレート 33g
メタクリル酸 6g
供給物2:
完全脱塩水 60g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 2g
供給物3:
乳化剤溶液I 8g
乳化剤溶液II 25g
分散液ED2
アンカー型攪拌機(120回転/分)を有する2lガラス容器内に、完全脱塩水320gを装入した。内部温度85℃において、供給物1の全量の5質量%および供給物2の全量の10質量%を加えた。装入物を10分間、85℃で重合開始させた。引き続いて85℃において、3.5時間内に供給物1および供給物2の残量を空間的に別々に連続して加えた。さらに30分間この温度に置いた後冷却し、次いで反応混合物を20質量%水酸化カルシウム水溶液を用いて中和した。攪拌しながら供給物3を加えた。このようにして製造した分散液は、非揮発性成分49.2質量%を含み、かつpH値7.0を有していた。粘度は46mPasであった。分散液内に含まれた共重合体は、−20℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0105】
供給物1:
完全脱塩水 371g
乳化剤溶液I 30g
乳化剤溶液II 23g
スチレン 180g
n−ブチルアクリレート 725g
2−ヒドロキシエチルアクリレート 90g
メタクリル酸 5g
供給物2:
完全脱塩水 120g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 4g
供給物3:
乳化剤溶液I 14g
乳化剤溶液II 45g
分散液ED3
アンカー型攪拌機(120回転/分)を有する4lガラス容器内に、完全脱塩水450gを装入した。内部温度85℃において、供給物1の全量の5質量%および供給物2の全量の10質量%を加えた。装入物を10分間、90℃で重合開始させた。引き続いて90℃において、3時間内に供給物1および3.5時間内に供給物2の残量を空間的に別々に加えた。さらに30分間この温度に置いた後反応混合物を冷却し、次いで20質量%水酸化カルシウム水溶液を用いて中和した。このようにして製造したポリマー分散液は、非揮発性成分54.9質量%を含み、かつpH値7.0を有していた。粘度は148mPasであった。含まれた共重合体は、−8℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0106】
供給物1:
完全脱塩水 539g
エトキシル化度約25を有するエトキシル化ノニルフェノールの硫酸半エステル
のナトリウム塩の25質量%水溶液、以下では乳化剤溶液III 28g
エトキシル化度約25を有するエトキシル化オクチルフェノールの硫酸半エステ
ルのナトリウム塩の20質量%水溶液;以下では乳化剤溶液IV 20g
n−ブチルアクリレート 960g
メチルメタクリレート 390g
2−ヒドロキシエチルアクリレート 135g
アクリル酸 15g
供給物2:
完全脱塩水 95g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 7g
分散液ED4
アンカー型攪拌機(120回転/分)を有する4lガラス容器内に、完全脱塩水450gを装入した。内部温度85℃において、供給物1の全量の5質量%および供給物2の全量の10質量%を加えた。装入物を10分間、85℃で重合開始させた。引き続いて85℃において、3.5時間内に供給物1および供給物2の残量を空間的に別々に加えた。さらに30分間この温度に置いた後反応混合物を冷却し、次いで20質量%水酸化カルシウム水溶液を用いて中和した。攪拌しながら供給物3を加えた。このようにして製造したポリマー分散液は、非揮発性成分50.4質量%を含み、かつpH値7.0を有していた。粘度は45mPasであった。含まれた共重合体は、−31℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0107】
供給物1:
完全脱塩水 413g
乳化剤溶液I 35g
乳化剤溶液II 26g
2−エチルヘキシルアクリレート 420g
n−ブチルアクリレート 420g
スチレン 210g
2−ヒドロキシエチルアクリレート 63g
供給物2:
完全脱塩水 90g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 4g
供給物3:
乳化剤溶液I 18g
乳化剤溶液II 53g
分散液ED5
アンカー型攪拌機(120回転/分)を有する4lガラス容器内に、完全脱塩水450gを装入した。内部温度85℃において、供給物1の全量の5質量%および供給物2の全量の10質量%を加えた。装入物を10分間、85℃で重合開始させた。引き続いて85℃において、3.5時間内に供給物1および供給物2の残量を空間的に別々に加えた。さらに30分間この温度に置いた後反応混合物を冷却し、次いで20質量%水酸化カルシウム水溶液を用いて中和した。攪拌しながら供給物3を加えた。このようにして製造したポリマー分散液は、非揮発性成分50.3質量%を含み、かつpH値6.9を有していた。粘度は44mPasであった。含まれた共重合体は、−26℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0108】
供給物1:
完全脱塩水 413g
乳化剤溶液I 35g
乳化剤溶液II 26g
2−エチルヘキシルアクリレート 368g
n−ブチルアクリレート 420g
スチレン 263g
2−ヒドロキシエチルアクリレート 63g
供給物2:
完全脱塩水 90g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 4g
供給物3:
乳化剤溶液I 18g
乳化剤溶液II 53g
分散液ED6
アンカー型攪拌機(120回転/分)を有する2lガラス容器内に、完全脱塩水250gを装入した。内部温度85℃において、供給物1の全量の5質量%および供給物2の全量の10質量%を加えた。装入物を10分間、85℃で重合開始させた。引き続いて85℃において、3.5時間内に供給物1および供給物2の残量を空間的に別々に加えた。さらに30分間この温度に置いた後反応混合物を冷却し、次いで20質量%水酸化カルシウム水溶液を用いて中和した。攪拌しながら供給物3を加えた。このようにして製造したポリマー分散液は、非揮発性成分50.3質量%を含み、かつpH値7.0を有していた。粘度は47mPasであった。含まれた共重合体は、−25℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0109】
供給物1:
完全脱塩水 250g
乳化剤溶液I 18g
乳化剤溶液II 14g
2−エチルヘキシルアクリレート 220g
n−ブチルアクリレート 193g
スチレン 138g
2−ヒドロキシエチルアクリレート 22g
供給物2:
完全脱塩水 50g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 2g
供給物3:
乳化剤溶液I 9g
乳化剤溶液II 28g
II.比較分散液の製造
比較分散液VD1
アンカー型攪拌機(120回転/分)を有する2lガラス容器内に、完全脱塩水280gを装入した。内部温度85℃において、供給物1の全量の5質量%および供給物2の全量の10質量%を加えた。装入物を10分間、85℃で重合開始させた。引き続いて85℃において、3.5時間内に供給物1および供給物2の残量を空間的に別々に加えた。さらに30分間この温度に置いた後反応混合物を冷却し、次いで20質量%水酸化カルシウム水溶液を用いて中和した。攪拌しながら供給物3を加えた。このようにして製造したポリマー分散液は、非揮発性成分50.3質量%を含み、かつpH値7.2を有していた。粘度は48mPasであった。含まれた共重合体は、−24℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0110】
供給物1として下記を使用した:
完全脱塩水 116g
乳化剤溶液I 15g
乳化剤溶液II 23g
2−エチルヘキシルアクリレート 288g
スチレン 72g
アクリロニトリル 74g
2−ヒドロキシエチルアクリレート 38g
メタクリル酸 7g
供給物2として下記を使用した:
完全脱塩水 100g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 3g
供給物3として下記を使用した:
乳化剤溶液I 8g
乳化剤溶液II 15g
比較分散液VD2
アンカー型攪拌機(120回転/分)を有する2lガラス容器内に、完全脱塩水170gを装入した。内部温度85℃において、供給物1の全量の5質量%および供給物2の全量の10質量%を加えた。装入物を10分間、85℃で重合開始させた。引き続いて85℃において、3.5時間内に供給物1および供給物2の残量を空間的に別々に加えた。さらに30分間この温度に置いた後反応混合物を冷却し、次いで20質量%水酸化カルシウム水溶液を用いて中和した。攪拌しながら供給物3を加えた。このようにして製造したポリマー分散液は、非揮発性成分48.9質量%を含み、かつpH値7.0を有していた。粘度は388mPasであった。含まれた共重合体は、−21℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0111】
供給物1として下記を使用した:
完全脱塩水 197g
乳化剤溶液I 15g
乳化剤溶液II 11g
2−エチルヘキシルアクリレート 391g
スチレン 176g
アクリロニトリル 16g
アクリルアミド 38g
メタクリル酸 9g
供給物2として下記を使用した:
完全脱塩水 60g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 2g
供給物3として下記を使用した:
乳化剤溶液I 8g
乳化剤溶液II 23g
比較分散液VD3
アンカー型攪拌機(120回転/分)を有する4lガラス容器内に、完全脱塩水500gを装入した。内部温度85℃において、供給物1の全量の5質量%および供給物2の全量の10質量%を加えた。装入物を10分間、85℃で重合開始させた。引き続いて85℃において、3.5時間内に供給物1および供給物2の残量を空間的に別々に加えた。さらに30分間この温度に置いた後反応混合物を冷却し、次いで20質量%水酸化カルシウム水溶液を用いて中和した。攪拌しながら供給物3を加えた。このようにして製造したポリマー分散液は、非揮発性成分49.4質量%を含み、かつpH値7.2を有していた。粘度は298mPasであった。含まれた共重合体は、−20℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0112】
供給物1として下記を使用した:
完全脱塩水 561g
乳化剤溶液I 43g
乳化剤溶液II 33g
2−エチルヘキシルアクリレート 853g
スチレン 382g
アクリロニトリル 29g
2−ヒドロキシエチルアクリレート 118g
メタクリル酸 88g
供給物2として下記を使用した:
完全脱塩水 120g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 5g
供給物3として下記を使用した:
乳化剤溶液I 22g
乳化剤溶液II 65g
比較分散液VD4
この分散液の製造は、分散液VD3の製造と同様にして行った。
【0113】
供給物1として下記を使用した:
完全脱塩水 399g
ドデシル硫酸ナトリウムの15質量%水溶液(乳化剤溶液V) 140g
2−エチルヘキシルアクリレート 928g
スチレン 433g
アクリロニトリル 39g
2−ヒドロキシエチルアクリレート 124g
メタクリル酸 23g
供給物2として下記を使用した:
完全脱塩水 120g
ペルオキソ二硫酸ナトリウム 5g
供給物3として下記を使用した:
乳化剤溶液V 140g
このようにして製造したポリマー分散液は非揮発性成分50.0質量%を含み、かつpH値6.9を有していた。粘度は76mPasであった。含まれた共重合体は、−21℃のガラス転移温度Tg を有していた。
【0114】
III.安定性の試験
分散液の安定性の基準として、凝集物形成、せん断安定性および電解質安定性を下記のようにして測定した。
【0115】
乳化重合の際の凝集体形成の傾向は、冷却および中和したポリマー分散液を網目45μmのペルロンふるい(Perlonsieb)を通して濾過して測定した。記載した凝縮値は、ポリマー分散液の全質量に対する表面乾燥した後の濾過残留物の割合を表す。
【0116】
せん断安定性の試験のために、それぞれの分散液について、ディスペルマート(Dispermat) (VMAゲッツマン有限会社(VMA Getzmann GmbH) )を用いて非希釈試料を10分間、10000回転/分でせん断負荷した。引き続いて、少量の試料をガラス支持体上に塗布した。比較のために、少量の未せん断負荷分散液も同様にガラス支持体上に塗布し、次いで凝集物ならびに微細凝集物(いわゆる「ストリップ(Strippen)」の含有量を比較して試験した。未せん断負荷試料と比較して凝集物含有量ならびにストリップ含有量の著しい上昇の場合には、試料はせん断安定性でないとした。
【0117】
電解質安定性の試験のために、それぞれの分散液の試料を、23℃でテンパリングし次いで一定濃度の攪拌している塩化カルシウム水溶液に滴下して加えた(塩化カルシウム含有量0.5〜7.5質量%の塩化カルシウム溶液それぞれ50g)。第1表には、それぞれの分散液について、それぞれの分散液の試料がまだ安定であった溶液の塩化カルシウム濃度を記載してある。
【0118】
結果を表2に纏めた。
【0119】
IV.応用技術的性質の試験
ポリマー分散液の親水性の尺度として、それぞれのポリマー分散液からのフィルムの吸水率を試験した。循環式乾燥器内で7日間、50℃で乾燥して、それぞれのポリマー分散液から乾燥層厚さ約750μmのポリマーフィルムを製造した。フィルムから、いずれも長さ2cmおよび幅1cmの試験片を切り取り、次いで24時間、室温で水中に貯蔵した。引き続いて、試験片を表面的に乾燥し、秤量した。吸水率は、水中貯蔵の後と前のフィルム質量の比から算出した。
【0120】
水硬性結合剤に基づく建築材料への混和剤としての応用性質の測定のために、ポリマー分散液で変性したセメント系材料を製造した。このために、ポルトランドセメントPZ 45F(CEM I 42.5 R)182質量部、それぞれのポリマー分散液(固体含有量50質量%に調整)218質量部、水53質量部、石英粉(粒径≦0.09mm)149質量部、石英砂(粒径0.08〜0.2mm)164質量部、石英砂(粒径0.2〜0.5mm)218質量部、BASF株式会社の消泡剤ルミテン(Lumiten) (R) E−P3108 14質量部およびミュンチッヒ社の消泡剤アギタン(Agitan)(R) 281 2質量部を一緒に加え混合した。
【0121】
すべての成分の添加および混合の後、いわゆる「可使時間」、すなわち、セメント系材料が割れないかまたは材料内の固体粒子がまだ塑性で成形できる時間を測定した。使用のために有利には、30分を越える可使時間である。
【0122】
臭気発生傾向を測定するために、それぞれのポリマー変性セメント系材料の製造直後に試料を採取し、次いで閉鎖容器内で30分間、50℃で乾燥器内で加温した。引き続いて、臭気試験を行い、また湿潤pH紙を用いて容器内の気体空間内でアンモニアの形成を試験した。
【0123】
得られたセメント系材料の強度および弾性を試験するために、これらから湿潤層厚さ2mmのセメントフィルムを作製した。フィルムを28日間標準条件(23℃、相対湿度50%)下で硬化した。引き続いて、DIN53455に従って、フィルムの引張力および破断伸びを、自動材料試験装置を用いて引張速度100mm/分で測定した。応用技術的試験の結果を表2に纏めた。
【0124】
第1表において、分散液内に含まれた共重合体のモノマー組成は質量%で統一した。ここで、nBAはn−ブチルアクリレート、Sはスチレン、ANはアクリロニトリル、HEAは2−ヒドロキシエチルアクリレート、MASはメタクリル酸、EHAは2−エチルヘキシルアクリレート、MMAはメチルメタクリレート、ASはアクリル酸、MANはメタクリロニトリルおよびAMはアクリルアミドを表す。
【0125】
固体として算出し、共重合体に対する乳化剤含有量は、ED3の除くすべての分散液において約3質量%であった。分散液ED3の乳化剤含有量は約1.1質量%であった。
【0126】
【表1】
【0127】
【表2】
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the use of ammonia-free polymer dispersions and polymer powders or polymer granules obtained from polymer dispersions as admixtures for inorganic building materials based on hydraulic binders.
[0002]
[Prior art]
Hydraulic binders are processed into plastic materials in the wet state, together with water and optionally admixtures and conventional auxiliaries, which can be left in air or applied in water, sometimes at elevated temperatures. Thus, it is understood as an inorganic substance that hardens like a stone after a certain time. Examples of hydraulic binders are cement, gypsum, lime and clay.
[0003]
The use of polymer dispersions or polymer powders or polymer granules obtained therefrom for improving the properties of building materials based on hydraulic binders is known in principle. Polymer dispersions for use with hydraulic binders usually have a high proportion of polar and / or ionic auxiliary monomers such as (meth) acrylic acid and (meth) acrylamide and a high content of emulsifiers . These measures must increase the stability of the dispersion in the presence of the hydraulic binder, because the high electrolyte content of the hydraulic binder leads to significant destabilization of the dispersion. Because.
[0004]
Due to the increased mechanical strength of building materials based on hydraulic binder in the cured state, the polymer has a high glass transition temperature (Tg Polymer dispersions with) are often used. That is, European Patent Application Publication (EP-A) 537411 describes Tg Describes the use of polymer dispersions having> + 30 ° C. as admixtures. This admixture improves the strength of the cement-binding material and extends the pot life.
[0005]
JP 59-146963 likewise describes polymer dispersions having a high glass transition temperature for this field of application. These are only "hard monomers" such as styrene, methyl methacrylate, acrylonitrile or vinyl chloride over 90% and hydrophilic comonomers such as acrylamide, sodium styrene sulfonate, hydroxyethyl methyl acrylate or sodium vinyl sulfonate 0.02-10% including. The use of these dispersions as cement admixtures leads to cement-based building materials with high water resistance as well as partially improved compressive strength.
[0006]
Building materials based on hydraulic binders containing such polymer dispersions are relatively brittle and in particular exhibit low low temperature flexibility. This is a high polymer Tg For this reason, it is assumed that the film formation of latex particles in the building material does not occur.
[0007]
Therefore, to reduce the brittleness of cured building materials based on hydraulic binders and to increase low temperature flexibility, a low Tg A polymer dispersion containing a polymer having is used. That is, Austrian Patent (AT) 359904 describes a T of −70 to −8 ° C. as an admixture for cement-containing building materials.g Describes the use of polymer dispersions having This means that by mixing 3 to 35% by mass of the dispersion, a mortar having high low temperature flexibility after curing can be obtained. However, the incorporation of this dispersion leads to building materials with low strength.
[0008]
JP-A-63-55143 and JP-A-64-5935 disclose acrylic acid-C4 ~ C8 -Alkyl esters of 55-90% by weight, acrylonitrile and / or styrene 5-40% by weight, acrylic acid and / or methacrylic acid 1-10% by weight and at least one 2-hydroxyethyl- or 2-hydroxypropyl- A polymer dispersion comprising a polymer consisting of 1 to 10% by weight of (meth) acrylate and / or (meth) acrylamide and produced by emulsion polymerization in the presence of a nonionic emulsifier is described. The use of these polymer dispersions leads to building materials that have high flexibility and a low tendency to crack formation. However, more than 40% by weight of the polymer dispersion must be added. The building materials obtained thereby exhibit unsatisfactory high water absorption and often have an unpleasant odor. This is presumed to be caused by gaseous ammonia produced by partial hydrolysis of the polymer.
[0009]
JP-A-63-156048 is obtained by polymerizing together 2 to 10% by weight of an unsaturated monomer having a hydroxyl group and 30 to 98% by weight of an alkyl acrylate ester having no hydroxyl group. The use of polymer dispersions substantially free of unsaturated carboxylic acids and carboxylic acid amides is recommended. Use of this dispersion in cement-containing materials results in good adhesion capacity and high creep resistance. However, the hydrolysis resistance of this polymer dispersion and thus its stability in cement-containing materials is insufficient. Furthermore, the incorporation of the dispersion leads to an unpleasant odor of the polymer-modified cement-containing material, which is presumed to be due to the liberation of the ammonia used during neutralization of the dispersion.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present invention provides an aqueous polymer that has high shear strength and hydrolysis resistance, and that when mixed with a building material based on a hydraulic binder, provides improved mechanical properties to the building material in a cured state. Based on the challenge of providing a dispersion. In particular, the dispersion must lead to a building material having good processability and at the same time high flexibility, especially at low temperatures, and strength. The polymer must have a safe odor in the presence of a hydraulic binder.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
This challenge is as a monomer
a) Acrylic acid and C2 ~ C12-40-80% by weight of at least one ester with an alkanol,
b) at least one vinyl aromatic monomer and / or methacrylic acid and C1~ C4 -10-40% by weight of at least one ester with alkanol,
c) C2 ~ C10-2 to 15% by weight of at least one monoester of alkanediol and acrylic acid or methacrylic acid,
d) at most 1.0% by weight of ethylenically unsaturated monomers having at least one acid group, or salts thereof;
e) less than 5% by weight of ethylenically unsaturated nitrile and
f) α, β ethylenically unsaturated monocarboxylic acid and dicarboxylic acid amide less than 1% by weight
This is solved by an aqueous, ammonia-free polymer dispersion comprising at least one copolymer which is polymerized together.
[0012]
The invention is therefore based on the use of the aqueous polymer dispersion defined above as an admixture for building materials based on hydraulic binders. At that time, the copolymer contained in the polymer dispersion according to the present invention acts as a film-forming component. The building materials based on hydraulic binders in the sense of the present invention are hydraulic binders themselves, as well as at least 5% by weight, in particular 10% by weight and very particularly preferably at least 25% by weight. It is also a building material and a building material containing at least one hydraulic binder with respect to the total mass of the agent and additive. Preference is given to the use in building materials containing cement as a binder.
[0013]
Building materials based on hydraulic binders are generally converted into forms that can be processed, mostly liquid or plastically deformable materials, with the addition of water (formulated water) and optionally conventional mineral and / or non-mineral additives. Is done. Even if these materials are usually left to stand, they cure over time. Typical building materials based on hydraulic binders that can be processed in this way are cement, mortar, plaster, tile adhesives, mineral seals, concrete and the like. These building materials are substantially distinguished by the amount and type of additive and / or moisture contained in the building.
[0014]
According to the invention, the polymer dispersion described herein is added to building materials based on hydraulic binders. The blending can be done, for example, by conversion of the building material to a workable form, for example, by replacement of at least a portion of the formulated water with the polymer dispersion described herein. The use according to the invention of polymer dispersions is also possible in the form of powders or granules obtained by drying the dispersion. These powders or granules can be added to building materials based on hydraulic binders either in the dry state (ie before water addition) and during or after water addition.
[0015]
All statements regarding the amount of building materials based on hydraulic binders and hydraulic binders are relative to their solid content, unless stated otherwise. The solid content of building materials based on hydraulic binders and hydraulic binders can be measured by drying at 120 ° C. for 24 hours. It is understood that the inorganic part is the total amount of dry solids of the building material, i.e. hydraulic binders and additives, which are free of organic and porous materials. In many cases, the mineral part of building materials based on hydraulic binders can be measured by calcination of optionally ground building material samples.
[0016]
All descriptions of amounts relating to the polymer dispersions used according to the invention and their components, in particular copolymers, emulsifiers and optional auxiliary substances, are calculated as solids unless stated otherwise. The solids content of the polymer dispersion and liquid dispersion components, eg, most solutions of emulsifiers, can be measured by drying to a constant weight at 120 ° C.
[0017]
Preferably, the copolymer dispersed in water as polymer particles is present as polymer particles having an average particle size in the range of 50 to 1000 nm, in particular 50 to 500 nm, particularly preferably 60 to 300 nm. . The copolymer contains ethylenically unsaturated monomers polymerized together. The description of the amount of monomers polymerized together is 100% by mass in total. The average particle size is adjusted by a known method, for example, by introducing seed latex, by seed latex formed at the start of polymerization in situ, by emulsifier concentration, or by a combination of these means.
[0018]
Advantageously, the copolymer comprises acrylic acid and C as monomers.2 ~ C12At least one ester with alkanol, 55 to 80% by weight and particularly preferably 60 to 75% by weight, polymerized together. Preferred C2 ~ C12The alkanol is linear C2 ~ C12-Alkanol, branched C3 ~ C12Alkanol and C5 ~ C10-Cycloalkanol. Particularly preferably, linear or branched C2 ~ C8 -An alkanol. Examples of monomers a) are ethyl acrylate, n-propyl acrylate, iso-propyl acrylate, n-butyl acrylate, sec-butyl acrylate, t-butyl acrylate, 3-methylbutyl acrylate, 2-methylbutyl acrylate, n -Pentyl acrylate, n-hexyl acrylate, cyclohexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, n-octyl acrylate, n-decyl acrylate, 2-propylheptyl acrylate, iso-bornyl acrylate, norbornyl acrylate, 4-t-butylcyclohexyl Acrylates and 2,3,5-trimethylcyclohexyl acrylate. Particular preference is given to ethyl acrylate, n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate, and mixtures thereof.
[0019]
Advantageously, the copolymer is used as monomer b) at least one single unsaturated vinyl aromatic monomer and / or C1 ~ C4 12 to 35% by weight, and particularly preferably 15 to 30% by weight, of at least one methacrylic acid ester of alkanol. Suitable vinyl aromatics are styrene, α-methylstyrene, α-phenylstyrene, o-chlorostyrene, vinyl toluene and mixtures thereof. A particularly preferred vinyl aromatic is styrene. Preferred C1 ~ C4 Methacrylic esters of alkanols are, for example, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, iso-propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, sec-butyl methacrylate and t-butyl methacrylate, preferably methyl methacrylate It is. A particularly preferred monomer b) is styrene.
[0020]
Monomers a) and b) (main monomers) are generally in total 80 to 98%, preferably 85 to 98% and particularly preferably 90 to 97% by weight of all monomers polymerized together. %. Particularly preferred monomer combinations consisting of monomer b) and monomer a) are styrene / n-butyl acrylate, styrene / n-butyl acrylate / 2-ethylhexyl acrylate, styrene / 2-ethylhexyl acrylate, methyl methacrylate / n-butyl. Acrylate, methyl methacrylate / n-butyl acrylate / 2-ethylhexyl methacrylate, methyl methacrylate / 2-ethylhexyl acrylate, styrene / methyl methacrylate / n-butyl acrylate, styrene / methyl methacrylate / n-butyl acrylate / 2-ethylhexyl acrylate is there.
[0021]
Advantageously for use in the present invention, for example
A copolymer comprising at least one acrylate selected from styrene and n-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate and ethyl acrylate as the main monomer, or
A copolymer comprising at least one acrylate selected from methyl methacrylate and n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate as main monomers
It is.
[0022]
Advantageously, the copolymer is C as monomer c).2 ~ C10-3-12% by weight and particularly preferably 3-9% by weight of at least one monoester of alkanediol and acrylic acid or methacrylic acid are polymerized together. Suitable alkanediols are linear C2 ~ C10-Alkanediol, branched C3 ~ C10-Alkanediol and C5 ~ C10A cycloalkanediol, preferably linear C2 ~ C6 -Α, ω-alkanediol. Examples of suitable monomers c) are hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 4-hydroxybutyl acrylate and 4-hydroxy Butyl methacrylate.
[0023]
According to the invention, the copolymer is polymerized together with at most 1.0% by weight of an ethylenically unsaturated monomer or salt thereof having at least one acid group, for example a carboxyl group or a sulfonic acid group, as monomer d). Included. Thus, the copolymer is preferably at least one monomer d) 0.1 to 1.0% by weight, in particular 0.2 to 1% by weight, in particular 0.2 to 0.8% by weight. Which are polymerized together or which are substantially free of monomers d) which polymerize together (weight percentage <0.1, in particular <0.05 and particularly preferably 0.01 and 0% by mass). Monomers d) are preferably α, β-ethylenically unsaturated C3 ~ C6 Monocarboxylic acids, such as acrylic acid or methacrylic acid, and monoethylenically unsaturated C4 ~ C8 Dicarboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid, itaconic acid and citraconic acid. Suitable monomers d) are further ethylenically unsaturated monomers having sulfonic acid groups, such as vinyl sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, 2-acryloxyethanesulfonic acid and 2-methacryloxyethanesulfonic acid. Salts thereof, preferably ammonium salts thereof, in particular ammonium salts which are non-volatile at room temperature, and preferably alkali metal salts thereof, in particular sodium salts. Preference is given to acrylic acid and methacrylic acid.
[0024]
The copolymer advantageously comprises less than 4% by weight of ethylenically unsaturated nitrile, such as acrylonitrile or methacrylonitrile. Particularly preferably, the copolymers are substantially free of such nitriles or they have an amount of 0.1 to at most 3.5% by weight. The low content of nitrile polymerized together is advantageous for the low water absorption of building materials modified according to the invention.
[0025]
The copolymer advantageously comprises less than 0.5% by weight of an amide of α, β-unsaturated monocarboxylic acid and dicarboxylic acid. Particularly preferably, the polymer dispersion used according to the invention is free or substantially free of amides of carboxylic acids. The lowest possible content of amides of α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acids is advantageous for the low odor generation of the dispersions according to the invention in the presence of hydraulic binders.
[0026]
In addition, the copolymer can include small amounts of other monomers, such as those conventionally used in the manufacture of aqueous polymer dispersions.
[0027]
Suitable other comonomers are, for example, silicon-containing monomers, in particular monomers having silyl groups, such as vinyltrialkoxysilanes, such as vinyltrimethoxysilane, alkylvinyldialkoxysilanes or (meth) acryloxyalkyltrialkoxysilanes, such as (Meth) acryloxyethyltrimethoxysilane, (meth) acryloxypropyltrimethoxysilane and trimethoxysilylpropyl methacrylate, monomers having a glycidyl group, especially glycidyl (meth) acrylate, glycidyl vinyl ether, 1,3-diketo group Monomers, especially acetoxyethyl (meth) acrylate and diacetone (meth) acrylamide, monomers having urea groups, such as ureidoethyl (meth) acrylate It is more acrylamido glycolic acid and methacrylamide glycolate methyl ester. When these other comonomers are included in the polymer dispersion used according to the invention, they are usually present in an amount of 0.1 to 10% by weight, preferably not exceeding 5% by weight in the copolymer. Are polymerized together.
[0028]
Particularly advantageously,
a) at least one monomer selected from ethyl acrylate, n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate a) 55-80% by weight and in particular 60-76% by weight,
b) Styrene and / or methyl methacrylate 12-35% by weight, in particular 15-30% by weight,
c) C2 ~ C6 An alkanediol, preferably C2 ~ C4 3-12% by weight of at least one monoester of alkanediol and acrylic acid or methacrylic acid, preferably acrylic acid, in particular 3-9% by weight, for example about 4, about 6 or about 8% by weight, And possibly
d) Less than 1% by weight, preferably 0.1-1% by weight of at least one ethylenically unsaturated carboxylic acid selected from acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid and itaconic acid, preferably acrylic acid and methacrylic acid %, In particular 0.2 to 1% by weight,
Is a copolymer that is polymerized together. Particularly preferably, the copolymer does not contain further primary amino groups and / or nitrile groups. In another embodiment, the copolymer does not contain the monomer d) containing acid groups and contains the monomers a), b) and c) in the above amounts and advantageously in the amounts described as advantageous. .
[0029]
In an advantageous embodiment of the invention, the copolymer contains only vinyl aromatics, in particular styrene, as monomer b), which in particular is a copolymer with at least one acid group. This is particularly true when the polymerized ethylenically unsaturated monomer (monomer d) is substantially not included.
[0030]
The copolymers used are known, commercially available or can be prepared by known methods.
[0031]
The production of the copolymer is usually carried out by a radical, aqueous emulsion polymerization in the presence of at least one radical polymerization initiator and optionally one or more surfactants.
[0032]
The aqueous emulsion polymerization can be carried out according to a conventional method, for example, “Encyclopedia of Polymer Science and Technology”, Vol. 5, Wiley & Sons Inc., NY 1966, p. 847). A copolymer dispersed in water in the form of multiphase particles can also be used. The production can be carried out in a sequential manner, for example by the methods described in the specifications of European Patent (EP) 555959, European Patent (EP) 308753 and European Patent (EP) 654454.
[0033]
The polymerization is carried out by a usual method in the presence of a radical-forming compound (initiator). These compounds are preferably used in an amount of 0.05 to 10, particularly preferably 0.5 to 5% by weight, based on the monomers used in the polymerization.
[0034]
Further, a polymer copolymer polymerized in the presence of a conventional crosslinking agent can also be used. Suitable cross-linking agents are known to the expert, for example from DE 19729161.9, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
[0035]
Suitable surfactants for carrying out the emulsion polymerization are protective colloids and emulsifiers usually used for this purpose. The surface-active substance is usually used in an amount of not more than 10% by weight, preferably 0.1 to 7.5% by weight and in particular 1 to 5% by weight, based on the monomer to be polymerized.
[0036]
Suitable protective colloids are, for example, copolymers comprising polyvinyl alcohol, starch derivatives and cellulose derivatives or vinyl pyrrolidone. A detailed description of other suitable protective colloids can be found in Hoben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV / I, Macromolekulare Stoffe, Georg- Thieme-Verlag, Stuttgart 1961) 411-420. Mixtures of emulsifiers and / or protective colloids can also be used.
[0037]
Advantageously, no protective colloid is used in the production of the copolymer. If the polymer dispersion contains a protective colloid, this is preferably added only after the preparation of the polymer dispersion.
[0038]
Particularly preferably, only emulsifiers having a relative molecular weight of usually 2000 or less are used as surfactants, unlike the protective colloids. These can be anionic, cationic or nonionic. The emulsifiers used within the scope of the present invention are preferably nonionic or anionic emulsifiers. Although nonionic emulsifiers are usually nonionic alkoxylated emulsifiers, anionic emulsifiers distinguish between anionic nonalkoxylated emulsifiers and anionic alkoxylated emulsifiers in the following.
[0039]
Anionic non-alkoxylated emulsifiers include alkyl sulfates (alkyl groups: C8 ~ C40), Eg sulfuric acid half ester, C8 ~ C22-Fatty alcohol or C8 ~ C32-Oxo alcohol, alkylsulfonic acid (alkyl group: C12~ C18), Sulfosuccinic acid di-C6 ~ C25-Alkyl esters and alkylaryl sulfonic acids (alkyl group: C6 ~ C32), For example C6 ~ C32-Alkali metal alkali salts and ammonium salts of alkylphenols. Other suitable emulsifiers are Hoben-Weyl, Method of Organic Chemistry, Volume XIV / 1, Polymeric Materials (Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band XIV / I, Macromolekulare Stoffe, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart 1961) pp. 192-208.
[0040]
Anionic non-alkoxylated emulsifiers also have the general formula I
[0041]
[Chemical 1]
[0042]
[In the formula, R1 And R2 Is hydrogen or C4 ~ C24-Represents alkyl and is not simultaneously hydrogen, and X and Y may be alkali metal ions and / or ammonium ions. X and Y are preferably sodium, potassium or ammonium, with sodium being particularly preferred. Often industrial mixtures having a proportion of 50 to 90% by weight of the monoalkylated product, such as Dowfax(R) 2A1 (trade name of Dow Chemical Company) is also used. Compound I is generally known, for example, from US Pat. No. 4,269,749 and is commercially available.
[0043]
For use according to the invention, preference is given to polymer dispersions comprising alkoxylated emulsifiers, in particular nonionic alkoxylated emulsifiers and / or anionic alkoxylated emulsifiers. Alkoxylated emulsifiers are also treated with the copolymers used according to the invention, for example the mixing and processing properties of the copolymers and hydraulic binders and the acceptability of the polymers and hydraulic binders. The handling and mechanical properties of the binder are also improved.
[0044]
Alkoxylated emulsifiers are emulsifiers having oligoalkylene oxide units or polyalkylene oxide units in the hydrophilic part. Usually, the alkoxylated emulsifier is obtained by reacting a lipophilic compound or compounds having a lipophilic group with an alkylene oxide, in particular ethylene oxide and / or propylene oxide. Such alkoxylated emulsifiers may additionally be modified with ionic, in particular anionic groups. Accordingly, an anionic alkoxylated emulsifier having at least one anionic or anionic group is distinguished from a nonionic alkoxylated emulsifier without such a group.
[0045]
Examples of lipophilic compounds or compounds having a lipophilic group are aliphatic, aromatic and / or araliphatic alcohols, amides, amines and carboxylic acids and derivatives thereof. Advantageously, the lipophilic compound or compounds having a lipophilic group are fatty acids, fatty alcohols, oxoalcohols, amines, amides and salts derived therefrom, phenols, alkylphenols, hydroxynaphthalenes or aminonaphthalenes, dicarboxylic acids and Random copolymers comprising these esters or half-esters and polyalkylene oxides having a lipophilic or lipophilic moiety having at least one hydroxyl group, such as polypropylene oxide, polybutylene oxide and ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide Or it is a block copolymer.
[0046]
The degree of alkoxylation of such alkoxylated emulsifiers is usually in the range from 2 to 150, preferably from 3 to 100 and particularly preferably from 4 to 50.
[0047]
Examples of preferred nonionic aliphatic alkoxylated emulsifiers are ethoxylated or ethoxylated / propoxylated, preferably ethoxylated C, having a degree of alkoxylation of 3-100, preferably 4-50.6 ~ C32Fatty alcohols and C6 ~ C32-Fatty amine, C6 ~ C60-Oxo alcohols and C6 ~ C60-Amine, linear primary C6 ~ C60Ziegler Alcohols, fatty acid alkylolamides, fatty acids and fatty acid amides and polyalkylene oxide adducts, such as ethylene oxide-propylene oxide block copolymers.
[0048]
Preferred nonionic aliphatic alkoxylated emulsifiers are ethoxylated C6 ~ C32Fatty alcohols, preferably C8 ~ C20A fatty alcohol, in particular C9 ~ C16-Fatty alcohols, for example, almost unbranched fatty alcohols obtained by reduction of naturally occurring fatty acids, and ethoxylated C which are generally more branched compared to fatty alcohols6 ~ C32An oxo alcohol, preferably C8 ~ C20Oxo alcohols and in particular C9 ~ C16An oxo alcohol having an average degree of ethoxylation of 2 to 150, preferably 4 to 50, in particular 6 to 30, for example 8 to 15 or 12 to 25. Examples of advantageous nonionic aliphatic alkoxylated emulsifiers are ethoxylated lauryl alcohols having a degree of ethoxylation of 4 to 50, in particular 8 to 25, for example LUTENSOL of the BASF Corporation Lutensolmarken.(R) AT18 and AT25.
[0049]
Examples of nonionic aromatic or aromatic-aliphatic alkoxylated emulsifiers are ethoxylated and ethoxylated / propoxylated having an average degree of alkoxylation of 2-150, preferably 3-100 and especially 3-50, Preferably ethoxylated C6 ~ C32-Alkylphenols, in particular C6 ~ C16-Alkylphenol.
[0050]
The anionic group of the anionic alkoxylated emulsifier is usually selected from sulfuric acid group, sulfonic acid group, carboxylic acid group, phosphonic acid group and phosphoric acid group. Preferred as the counter ion of the anionic group are cations such as sodium ion, potassium ion, calcium ion or ammonium ion, and mixtures thereof. Advantageously, the counterion different from the ammonium ion is a lightly volatile amine, such as ammonia, methylamine or ethylamine, the preferred counterion being a sodium ion. Preferred anionic groups are sulfuric acid groups and sulfonic acid groups.
[0051]
Examples of anionic alkoxylated emulsifiers are sulfuric acid half esters and phosphoric acid monoesters of the above nonionic alkoxylated emulsifiers, and C8 ~ C32-Alkenyl polyethoxysulfonates and C8 ~ C32-Alkenyl polyethoxy sulfate, C8 ~ C32Alkyl glyceryl polyethoxysulfonates, ethoxylated sulfosuccinic acid half esters and ethoxylated sulfosuccinic acid diesters, C8 ~ C32Alkenyl polyethoxy phosphates or dialkyl polyethoxy phosphates, ethoxylated one- or multiple-nucleated monoalkyl and dialkyl biphenyl ethers, dialkyl biphenyl ethers, ethoxylated α-sulfo fatty acid esters, ethoxylated fatty acid alkanolamine sulfates Sulfonated or sulfated ethoxylated fatty acid esters, fatty acid sarcosides, fatty acid glycolates, fatty acid lactates, fatty acid taurides and fatty acid isothionates, which are 2 to 150, preferably 2 to 100 and particularly preferably 3 to 50. And their salts, especially alkali metal salts such as sodium or potassium salts, or ammonium salts, organic amines such as mono-C1 ~ C4 -Alkylamines, di-C1 ~ C4 -Alkylamine or tri-C1 ~ C4 -Salts with alkylamines or monoethanolamine, diethanolamine or triethanolamine.
[0052]
Preferred anionic aliphatic alkoxylated emulsifiers are ethoxylated C8 ~ C20A fatty alcohol, in particular C9 ~ C16-Fatty alcohols, for example sulfuric acid half esters of almost unbranched fatty alcohols obtained by reduction of naturally occurring fatty acids, and ethoxylated C which are generally more branched compared to fatty alcohols8 ~ C32Oxo alcohols, in particular C9 ~ C16Oxo alcohols having an average degree of ethoxylation of 2 to 50, in particular 2 to 30, for example 2 to 15 or 9 to 30.
[0053]
Preferred anionic aromatic or anionic aromatic-aliphatic alkoxylated emulsifiers are ethoxylated and ethoxylated / propoxylated, preferably ethoxylated C6 ~ C32-Alkylphenols, in particular C6 ~ C16Alkylphenols and particularly preferably octylphenols and nonylphenol sulfate half-esters having an average degree of alkoxylation in the range of 2-50, in particular 2-35.
[0054]
Optionally, the preparation according to the invention can also comprise non-alkoxylated emulsifiers, but usually at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight, of the emulsifiers used are alkoxylated emulsifiers. In one embodiment, the preparation according to the invention is substantially free of non-alkoxylated emulsifiers. Another advantageous embodiment relates to a preparation comprising at least one nonionic alkoxylated emulsifier and at least one anionic emulsifier selected from alkoxylated and anionic nonalkoxylated emulsifiers.
[0055]
Advantageously, the polymer dispersion used according to the invention or a polymer powder obtained by drying therefrom, ie by removing at least 80%, preferably at least 85% or at least 90% by weight of the volatile constituents or The polymer granules comprise 0.2 to 10% by weight and preferably 0.5 to 5% by weight of at least one emulsifier, based on the polymer content.
[0056]
In an advantageous embodiment of the invention, at least one nonionic alkoxylated emulsifier, preferably a nonionic aliphatic alkoxylated emulsifier, is used as the alkoxylated emulsifier.
[0057]
Advantageously, the polymer used according to the invention is
A mixture of at least one nonionic alkoxylated emulsifier and at least one anionic alkoxylated emulsifier, or
A mixture of at least one nonionic alkoxylated emulsifier, at least one anionic alkoxylated emulsifier and at least one anionic nonalkoxylated emulsifier, or
A mixture of at least one anionic non-alkoxylated emulsifier and at least one non-ionic alkoxylated emulsifier
including.
[0058]
Polymer dispersions containing a mixture of such emulsifiers are particularly characterized by a further increased stability against shear loads.
[0059]
If the copolymer used according to the invention comprises a mixture of at least one anionic emulsifier and at least one nonionic alkoxylated emulsifier, the total amount of emulsifier contained is usually 15 to 90% by weight, preferably 25-80% by weight and in particular 40-70% by weight, are allocated to the anionic emulsifier.
[0060]
Particularly preferred emulsifier mixtures according to the invention are at least one nonionic aliphatic alkoxylated emulsifier, preferably ethoxylated C8 ~ C20A fatty alcohol, in particular C9 ~ C16Fatty alcohols and / or ethoxylated C8 ~ C32Oxo alcohols, in particular C9 ~ C16Oxo alcohols having an average degree of ethoxylation of 5 to 50, in particular 6 to 30 and at least one anionic aliphatic alkoxylated emulsifier, preferably ethoxylated C8 ~ C20A fatty alcohol, in particular C9 ~ C16-Sulfuric acid half esters of fatty alcohols and / or ethoxylated C8 ~ C32Oxo alcohols, in particular C9 ~ C16-Sulfuric acid half esters of oxo alcohols having an average degree of ethoxylation of 2 to 50, in particular 3 to 35.
[0061]
The above-mentioned surface active substances, in particular emulsifiers, are used in whole or in part during the production of the copolymer and are added in whole or part after the production of the copolymer, or in whole or part in the building according to the invention. It can be added in use for the production of materials. In the production of the copolymers used according to the invention by radical emulsion polymerization in an aqueous medium, at least 25% by weight, preferably at least 35% by weight and particularly preferably at least 50% by weight, of the total amount of emulsifier. It has proven advantageous for use in the production of copolymers.
[0062]
In some embodiments, the entire amount of emulsifier is used in the production of the copolymer. In another advantageous embodiment, 30 to 65% by weight, preferably 35 to 60% by weight and particularly preferably 40 to 55% by weight of the total amount of ionic emulsifier used are preferably used for radical emulsion polymerization. Add in the process. The remaining amount of the emulsifier is added after completion of the polymerization (post-saponification). For production and “post-saponification”, the same or different emulsifiers can be added, in the case of the addition of several emulsifiers, the mixing ratio of the emulsifiers for the production of the copolymer and for post-saponification Because of it can be different. In particular, an anionic alkoxylated emulsifier and / or an anionic non-alkoxylated emulsifier can be used in the post-saponification.
[0063]
In order to achieve a sufficient improvement in the mechanical strength of building materials based on hydraulic binders, it is usually recommended to use copolymers having a glass transition temperature of -60 ° C or higher, preferably -50 ° C or higher. The Thus, the copolymer is preferably a glass transition temperature Tg It has> -45 ° C, particularly preferably> -40 ° C and in particular> -35 ° C.
[0064]
In order to achieve a sufficient improvement in the flexibility of building materials, in particular the low temperature flexibility, the copolymers in building materials based on hydraulic binders had to be able to be filmed. Thus, the copolymers used according to the invention are usually <+ 40 ° C., in particular <+ 30 ° C., particularly preferably <+ 20 ° C., particularly preferably <+ 10 ° C. and in particular <+ 0 ° C. Glass transition temperature Tg Have
[0065]
Accordingly, copolymers suitable for use according to the present invention have glass transition temperatures T of about -30 ° C, about -25 ° C, about -20 ° C, about -15 ° C, about -10 ° C or about -5 ° C.g Have
[0066]
Glass transition temperature Tg As understood herein as “midpoint temperature” as measured by differential thermal analysis (DTA) according to ASTM D3418-82 (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition). , 5th Edition, Volume A21, VCH Weinheim, 1992), page 169 and Sozel (Zosel, Farbe und Lack 82 (1976), S. 125-134), see also DIN 53765).
[0067]
In a polymer dispersion containing copolymer components having different glass transition temperatures, usually, a glass transition temperature T at least a major portion of which falls within the above range.g It is advantageous when it has. Such preparations can be made, for example, by mixing two or more different copolymers or into, for example, multi-stage polymers, polymer particles having a core-shell structure or other non-random composition. Obtained by the leading polymerization method.
[0068]
Glass transition temperature T to desired valueg This adjustment can be carried out by selecting the corresponding monomer and also by selecting the proportion of the monomers used in the copolymer or several copolymers.
[0069]
In this context, the glass transition temperature T of the copolymer Pg It has been found useful to estimate Fox (TG Fox, Bull. Am. Phys. Soc. (Ser. II) 1, 123 (1956)) and Ullmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie, Weinhein (1980), pages 17-18 According to, the glass transition temperature of the weakly crosslinked copolymer is a good approximation at high molecular weight,
[0070]
[Expression 1]
[0071]
[Where X1 , X2 ... Xn Is the mass fraction of monomers 1, 2,..., N, and Tg 1 , Tg 2 ... Tg n Represents a single absolute temperature display glass transition temperature of a polymer composed of one type of each of monomers 1, 2,..., N]. For example, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, VCH Weinheim, Volume A21, 1992, page 169 of Ullmann's “Encyclopedia of Industrial Chemistry” or Brand Wrap et al. (J. Brandrup, EH Immergut, Polymer Handbook 3rd. Ed. J. Wiley, New York, 1989).
[0072]
The method for adjusting the particle size of the polymer is, for example, European Patent Application Publication (EP-A) No. 126699, European Patent Application Publication (EP-A) No. 567881, European Patent Application Publication (EP-A) No. 567819. German Patent Application Publication (DE-A) 3147008 and German Patent Application Publication (DE-A) 4213967.
[0073]
The polymer dispersion used according to the invention is preferably 6.7 to 8.0, preferably 6.8 to 7.5 and particularly preferably 6.9 to 7.2, for example 7.0. For adjusting the pH value of the polymer dispersion having a pH value in the range of ˜7.1, a non-volatile base is preferably used. Suitable non-volatile bases are, for example, caustic soda, caustic and lime milk which can be used, for example, as a solid or as an aqueous solution (calcium hydroxide solution). Advantageously, lime milk is used as an aqueous suspension. The maintenance of the specific pH range described above and the use of the bases advantageously affect the range of use of the dispersions used according to the invention. In particular, the acceptability of the polymer dispersion and the hydraulic binder has an advantageous effect.
[0074]
The polymer dispersions used according to the invention are based on hydraulic binders directly, optionally after adjustment of the solids content and / or after addition of customary auxiliary substances (such as those described below). Can be added to the material. When aqueous dispersions are used according to the invention, the solids content of the dispersion, i.e. the proportion of non-volatile components, is usually in the range of 20 to 80% by weight. The dispersion preferably uses an aqueous dispersion of 30 to 70% by weight, in particular 35 to 60% by weight and particularly preferably 40 to 55% by weight, based on the solids content.
[0075]
The viscosity of the aqueous dispersion was 55 ° C. using a rotational viscometer according to DIN 53019 at 23 ° C. and a shear rate of 250 s.- 1In the range of 10 to 2500 mPas, preferably 20 to 500 mPas. The aqueous polymer dispersion may contain organic solvents, preferably organic solvents miscible with water, such as alcohols, diols and polyols. The content of the organic solvent is preferably less than 10% by weight, based on the total weight of the polymer dispersion, particularly preferably the polymer dispersion is substantially free of organic solvent.
[0076]
The polymer dispersions used according to the invention can also be used in the form of half esters, for example pasty substances, or in solid form, for example powders or granules. The polymer powder or polymer granules are obtained from the polymer dispersion by drying, preferably by spray drying.
[0077]
The subject of the present invention is therefore an inorganic substance based on a hydraulic binder of a polymer powder or polymer granules obtained by removing at least 80% by weight, preferably at least 90% by weight, of the volatile constituents from the above polymer dispersion. It is also used as an admixture in building materials.
[0078]
The polymer dispersion, polymer powder or polymer granule can contain conventional auxiliaries. The auxiliaries are generally used in an amount of 0.1 to 30% by mass in total with respect to the copolymer. Conventional auxiliaries are, for example, wetting agents, bactericides, biocides, antifoaming agents such as BASF (Ludwigshafen), Munchich (Heilbronn) and Wacker (Munich). ) (Fa. Wacker (Muenchen)) defoamers, thickeners, antifreezes, leveling agents, softeners and film forming aids available on the market. Suitable film forming aids are, for example, ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, hexylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, dibutylene glycol, these C1 ~ C4 Semi-ethers with alkanols, such as diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monophenyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, these ethers -Acetates such as diethylene glycol monoethyl ether acetate and diethylene glycol monobutyl ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate and propylene glycol monobutyl ether acetate, dipropylene glycol-n-butyl ether acetate, and also aliphatic monocarboxylic acids and dicarbohydrates Alkyl esters of acids, for example, Eastman Kodak Texanol the (Eastman Kodak) (Texanol)(R) Or an industrial mixture thereof, for example, Lusolvan from BASF Corporation(R) FBH (a di-n-butyl ester mixture of succinic acid, glutaric acid and adipic acid). As a softener, all conventional and suitable softeners for dispersions, for example (oligo) propylene glycol alkylphenyl ethers, such as Plastilit from BASF Corporation(R) 3060 is available on the market and is relevant.
[0079]
The polymer dispersion, polymer powder or polymer granule used according to the invention can additionally contain a liquefaction agent (Verfluessiger) for the hydraulic binder. Usually, liquefaction agents for hydraulic binders are additives for changing the properties of building materials based on hydraulic binders, in particular processability and / or bondability. Usually such liquefying agents for building materials based on hydraulic binders are water-soluble polymeric substances.
[0080]
The good processability of building materials based on hydraulic binders modified with the dispersion used according to the invention can be further improved in many cases by the presence of liquefaction agents.
[0081]
Preferably based on naphthalenesulfonic acid-formaldehyde-condensates, melamine-formaldehyde-polycondensates and / or lignin sulfonates, such as those described in EP-A 402 319, And those based on homopolymers and copolymers of carboxylic acids and dicarboxylic acids with styrene, such as EP-A 306449 and US-A 3952805, or isobutane or With diisobutane, for example, German Patent Application Publication (DE-A) 3716974, European Patent Application Publication (EP-A) 338293, German Patent Application Publication (DE-A) 3925306 U.S. Pat. No. 4,586,960 Saisho, U.S. Patent (US-A) liquefying agent according to the 4,042,407 Patent specification and U.S. Patent (US-A) Specification No. 4,906,298 are preferred.
[0082]
Similarly, based on copolymers of unsaturated carboxylic acids and hydroxyalkyl esters of unsaturated carboxylic acids, such as those described in European Patent (EP) 97613, copolymerized carboxylic acid monomers and acrylic acid and Based on polyalkylene oxide esters of methacrylic acid, for example those described in German Offenlegungsschrift DE-A 4420444, ethylenically unsaturated polyoxyalkylene ethers, multi-unsaturated alkenyl ethers and maleic anhydride, For example, based on those described in European Patent (EP) 619277 or copolymers of maleic acid derivatives and vinyl monomers, eg German Patent Application Publication (DE-A) 4304109 and European Patent Application Publication ( EP-A) described in No. 610699 Liquefying agents based on those are also suitable.
[0083]
The above publications are hereby incorporated by reference in their entirety.
[0084]
Such liquefying agents are, for example, ADDIMENT (Heideiberg), SKW (Trostberg), BASF (Ludwigshafen), in particular the Sokalan trademark, and DYCHERHOFF (Wisbaden). Wiesbaden)).
[0085]
Preference is given to using liquefying agents based on naphthalenesulfonic acid condensates, carboxylic acid monomer copolymers, polyalkylene oxide esters of acrylic acid and methacrylic acid.
[0086]
The copolymers used according to the invention, i.e. polymer dispersions, polymer powders or polymer granules, are calculated as copolymers in building materials based on hydraulic binders, and relative to the dry mass of hydraulic binders, Preference is given to using amounts of 5 to 250% by weight, particularly preferably 10 to 150% by weight and in particular 20 to 100% by weight. Usually, to achieve the desired property improvement of building materials based on hydraulic binders and hydraulic binders, it is admixed with 10-50% polymer or 15-40% polymer by weight in hydraulic binders. Enough.
[0087]
The polymer dispersions, polymer powders or polymer granules used according to the invention are usually calculated as a copolymer on a building material based on a hydraulic binder and are 2 to 2 with respect to the dry mass of the inorganic component of the building material. An amount of 150% by weight, preferably 5-80% by weight and particularly preferably 10-50% by weight, is added. Usually, the addition of 5 to 35% by weight or 10 to 25% by weight of polymer is sufficient relative to the dry weight of the inorganic component of the building material based on hydraulic binder to achieve the desired property improvement of the building material. It is.
[0088]
Conventional auxiliaries for building materials based on hydraulic binders are in particular the auxiliaries and liquefiers mentioned above. Suitable other auxiliaries for use in building materials are known to the expert, for example H.P. Royle "Handbook of Architectural Chemistry" (H. Reul, Handbuch der Bauchemie, Verlag fuer chemische Industrie, H. Ziolkowsky KG, Augsburg (1991)).
[0089]
Conventional additives for building materials based on hydraulic binders include, for example, inorganic additives such as gravel, coarse sand, fine sand, quartz sand of various sizes, eg 0.08 to 0.8 mm particle size , Quartz powder, eg particle size ≦ 0.09 mm, basalt, limestone, chalk, marble, truss, silica sand, precipitated silicic acid, coal fly ash and barium sulfate or non-inorganic additives, eg organic fibers or organic porous materials Is applicable. Other suitable inorganic or non-inorganic additives are known to the expert, e.g. the German Architectural Chemistry Status Report `` Modified Inorganic Mortar System and Environment '' (Sachstandsbericht Dt. Bauchemie: Modifizierte Mineralische Moertalsysteme and Umwelt (1. Ausgabe, Juli 1998)).
[0090]
Similarly, the object of the present invention is to calculate the above-mentioned polymer dispersion, polymer powder or polymer granule obtained therefrom as a copolymer, and preferably 2 to 150% by weight, preferably based on the dry weight of the inorganic component. Comprises building materials based on hydraulic binders comprising 5 to 80% by weight and particularly preferably 5 to 30% by weight.
[0091]
Typical building materials based on hydraulic binders whose properties can be improved by use according to the invention are cement, liquid cement, concrete, mortar, plaster, swab, binder preparations, especially those based on cement, road surfaces Pavement and tile adhesive. An advantageous building material is in particular an inorganic sealant.
[0092]
Building materials may exist in solid form (eg before addition of formulation water and polymer dispersion or after curing), in liquid form and in high-viscosity liquid or porous form, depending on the intended use and processing stage. it can.
[0093]
Of course, the polymer powder obtained from the polymer dispersion can be mixed with an inorganic binder before use in building materials. Such preparations usually contain hydraulic binders, preferably cement, and polymers as main components. In addition, these preparations can contain customary inorganic or non-mineral additives and customary auxiliaries such as those mentioned above.
[0094]
Furthermore, the present invention relates to the mechanical strength, elasticity and elasticity of building materials based on hydraulic binders mixed together with hydraulic binders and polymer dispersions, polymer powders or polymer granules and optionally water and / or additives. The present invention relates to a method for improving workability. Suitable mixing techniques and equipment are known to the expert and are described, for example, in Ullmann “Industrial Chemical Encyclopedia” 3rd Edition, 1951, Volume 1, pages 693-727.
[0095]
The use according to the invention of polymer dispersions, polymer powders or polymer granules is uncomfortable during and after mixing of the polymer with the hydraulic binder compared to polymer modified building materials based on prior art hydraulic binders. Resulting in a polymer-dispersed suspension-dispersing material characterized in that it produces no or only a slight odor. The use according to the invention of polymer dispersions, polymer powders or polymer granules can further be achieved in a number of building materials based on inorganic binders, with improved properties in solidified or bonded state, in particular high mechanical strength, for example Provides high flexibility, high breaking strength and / or high cohesive strength. The water resistance of the solidified or bonded building material is improved and its water absorption is significantly reduced. Usually, the workability of building materials based on hydraulic binders prior to solidification is also determined, for example, by advantageous so-called “pot life” and mixing or slurrying hydraulic binders into liquid, semi-solid or pasty building materials. Improved by low adhesion or sticking to the mold during the process. The properties of the dispersions, polymer powders or granules according to the invention are particularly preferably used for building materials based on cement.
[0096]
The polymer dispersions according to the invention are of course used in non-cement systems, in particular in coating systems containing fillers, in particular flexible coating systems such as flexible roofing materials and sealing materials and adhesives, in particular fillers. Suitable for building adhesives such as tile adhesives.
[0097]
A typical formulation of a flexible roof covering material comprises the polymer dispersion according to the invention in addition to water. Pigments such as titanium dioxide or barium sulfate and fillers such as calcium carbonate, chalk, talc, clay and conventional auxiliaries such as biocides, wetting agents, film-forming auxiliaries such as hydrocarbons such as gasoline, softeners, solvents and Antifreeze agents such as glycerin or glycols, thickeners (eg associative thickeners) and antifoam agents. The proportion of the pigment is usually in the range of 1 to 5 parts by weight with respect to 1 part by weight of the copolymer. The proportion of the auxiliary agent is usually in the range of 0.5 to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the copolymer.
[0098]
A typical composition of a flexible roof covering material coating is described in Example 2 of EP-A 501272 cited herein, in which the polymer dispersion described therein is referred to Replace with the polymer dispersion according to the invention. Another blend of flexible roof coverings is described in L.L. Described in Chander (L. Chander, Paint & Resin 9/10, 1981, pages 24-25), in which case the polymer dispersion used is likewise replaced by the copolymer dispersion according to the invention. Can do.
[0099]
Typical formulations of tile adhesives include, in addition to the copolymers according to the invention and water, also fillers, such as the fillers and / or silicates mentioned above, or silicic acids, and also auxiliary substances such as those mentioned above. Includes auxiliary materials. The ratio of a filler is 5-10 mass parts normally with respect to 1 mass part of copolymers. The ratio of the auxiliary material is usually 1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the copolymer. Representative formulations of tile adhesives are described in Examples 2 and 4 of European Patent Application Publication (EP-A) 35322 cited herein. The polymer dispersion described here can be exchanged for the copolymer-dispersion according to the invention.
[0100]
The following examples illustrate the invention without limiting it.
[0101]
【Example】
The polymer dispersion according to the present invention and the polymer dispersion of the comparative example used in the examples of the present invention were obtained by radical polymerization in an aqueous medium.
[0102]
A list expressed in mass% of monomers polymerized together in the copolymer of the polymer dispersion is given in Table 1. The solids content of the polymer dispersion (i.e., the non-volatile portion) was measured from the mass loss (about 1 g) of the sample by drying at 120 ° C. for 2 hours in an air circulating dryer. The viscosity of the polymer dispersion was measured using a rotational viscosity meter (Rheomat) from Firm Paar Physica according to DIN 53019 at 23 ° C. and a shear rate of 250-1. Glass transition temperature Tg Was measured using a differential calorimeter DSC820 from Fa. Mettler Toledo at a linear heating rate of 5 ° C./min.
[0103]
I. Production of polymer dispersions according to the invention
Dispersion ED1
In a 2 l glass container having an anchor type stirrer (120 rpm), 200 g of completely demineralized water was charged. At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed (Zulauf) 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The charge was allowed to initiate polymerization at 85 ° C. for 10 minutes. Subsequently, the remaining amount of feed 1 and feed 2 was added spatially separately in succession at 85 ° C. within 3.5 hours. The mixture was allowed to cool for a further 30 minutes and then cooled, and then the reaction mixture was neutralized with 20% by weight aqueous calcium hydroxide. Feed 3 was added with stirring. The preparation thus produced contained 49.8% by weight of non-volatile components and had a pH value of 7.2. The viscosity was 67 mPas. The copolymer contained in the dispersion has a glass transition temperature T of −14 ° C.g Had.
[0104]
Supply 1:
185 g of completely demineralized water
Ethoxylated lauryl alcohol sulfuric acid half ester having a degree of ethoxylation of about 30
30% by weight aqueous sodium salt solution (Fa. Henkel Disponyl
(Disponil) FES 77); In the following, emulsifier solution I 17 g
Ethoxylated C having a degree of ethoxylation of about 1816/ C18-20 of alcohol
Mass% aqueous solution; emulsifier solution II 13 g below
110 g of styrene
385 g of n-butyl acrylate
Acrylonitrile 17g
2-hydroxyethyl acrylate 33g
Methacrylic acid 6g
Supply 2:
60g of completely demineralized water
Sodium peroxodisulfate 2g
Supply 3:
Emulsifier solution I 8g
Emulsifier solution II 25g
Dispersion ED2
In a 2 l glass container having an anchor type stirrer (120 rpm), 320 g of completely demineralized water was charged. At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The charge was allowed to initiate polymerization at 85 ° C. for 10 minutes. Subsequently, the remaining amount of feed 1 and feed 2 was added spatially separately in succession at 85 ° C. within 3.5 hours. The mixture was allowed to cool for a further 30 minutes and then cooled, and then the reaction mixture was neutralized with 20% by weight aqueous calcium hydroxide. Feed 3 was added with stirring. The dispersion thus prepared contained 49.2% by weight of non-volatile components and had a pH value of 7.0. The viscosity was 46 mPas. The copolymer contained in the dispersion has a glass transition temperature T of −20 ° C.g Had.
[0105]
Supply 1:
371 g of completely demineralized water
Emulsifier solution I 30g
Emulsifier solution II 23g
Styrene 180g
725 g of n-butyl acrylate
2-hydroxyethyl acrylate 90g
Methacrylic acid 5g
Supply 2:
120g of completely demineralized water
Sodium peroxodisulfate 4g
Supply 3:
Emulsifier solution I 14g
Emulsifier solution II 45g
Dispersion ED3
In a 4 l glass container having an anchor type stirrer (120 rpm), 450 g of completely demineralized water was charged. At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The charge was allowed to initiate polymerization at 90 ° C. for 10 minutes. Subsequently, at 90 ° C., the remaining amount of feed 1 within 3 hours and feed 2 within 3.5 hours were added spatially separately. After standing at this temperature for a further 30 minutes, the reaction mixture was cooled and then neutralized with 20% by weight aqueous calcium hydroxide. The polymer dispersion thus prepared contained 54.9% by weight of non-volatile components and had a pH value of 7.0. The viscosity was 148 mPas. The included copolymer has a glass transition temperature T of −8 ° C.g Had.
[0106]
Supply 1:
Completely desalted water 539g
Sulfuric half ester of ethoxylated nonylphenol having a degree of ethoxylation of about 25
25% by weight aqueous solution of sodium salt, 28 g of emulsifier solution III below
Ethoxylated octylphenol sulfate half ester having a degree of ethoxylation of about 25
20% by weight aqueous solution of sodium salt of ru; emulsifier solution IV 20 g below
960 g of n-butyl acrylate
390 g of methyl methacrylate
135g of 2-hydroxyethyl acrylate
Acrylic acid 15g
Supply 2:
95g of completely demineralized water
Sodium peroxodisulfate 7g
Dispersion ED4
In a 4 l glass container having an anchor type stirrer (120 rpm), 450 g of completely demineralized water was charged. At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The charge was allowed to initiate polymerization at 85 ° C. for 10 minutes. Subsequently, the remaining amounts of Feed 1 and Feed 2 were added spatially separately at 85 ° C. within 3.5 hours. After standing at this temperature for a further 30 minutes, the reaction mixture was cooled and then neutralized with 20% by weight aqueous calcium hydroxide. Feed 3 was added with stirring. The polymer dispersion thus produced contained 50.4% by weight of non-volatile components and had a pH value of 7.0. The viscosity was 45 mPas. The included copolymer has a glass transition temperature T of -31 ° C.g Had.
[0107]
Supply 1:
413 g of completely demineralized water
Emulsifier solution I 35g
Emulsifier solution II 26g
420 g of 2-ethylhexyl acrylate
420 g of n-butyl acrylate
Styrene 210g
63g of 2-hydroxyethyl acrylate
Supply 2:
90g of completely demineralized water
Sodium peroxodisulfate 4g
Supply 3:
Emulsifier solution I 18g
Emulsifier solution II 53g
Dispersion ED5
In a 4 l glass container having an anchor type stirrer (120 rpm), 450 g of completely demineralized water was charged. At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The charge was allowed to initiate polymerization at 85 ° C. for 10 minutes. Subsequently, the remaining amounts of Feed 1 and Feed 2 were added spatially separately at 85 ° C. within 3.5 hours. After standing at this temperature for a further 30 minutes, the reaction mixture was cooled and then neutralized with 20% by weight aqueous calcium hydroxide. Feed 3 was added with stirring. The polymer dispersion thus produced contained 50.3% by mass of non-volatile components and had a pH value of 6.9. The viscosity was 44 mPas. The included copolymer has a glass transition temperature T of -26 ° C.g Had.
[0108]
Supply 1:
413 g of completely demineralized water
Emulsifier solution I 35g
Emulsifier solution II 26g
368 g of 2-ethylhexyl acrylate
420 g of n-butyl acrylate
263 g of styrene
63g of 2-hydroxyethyl acrylate
Supply 2:
90g of completely demineralized water
Sodium peroxodisulfate 4g
Supply 3:
Emulsifier solution I 18g
Emulsifier solution II 53g
Dispersion ED6
In a 2 l glass vessel having an anchor type stirrer (120 rpm), 250 g of completely demineralized water was charged. At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The charge was allowed to initiate polymerization at 85 ° C. for 10 minutes. Subsequently, the remaining amounts of Feed 1 and Feed 2 were added spatially separately at 85 ° C. within 3.5 hours. After standing at this temperature for a further 30 minutes, the reaction mixture was cooled and then neutralized with 20% by weight aqueous calcium hydroxide. Feed 3 was added with stirring. The polymer dispersion thus prepared contained 50.3% by mass of non-volatile components and had a pH value of 7.0. The viscosity was 47 mPas. The included copolymer has a glass transition temperature T of −25 ° C.g Had.
[0109]
Supply 1:
250g of completely demineralized water
Emulsifier solution I 18g
Emulsifier solution II 14g
220g 2-ethylhexyl acrylate
193 g of n-butyl acrylate
Styrene 138g
2-hydroxyethyl acrylate 22g
Supply 2:
Complete desalted water 50g
Sodium peroxodisulfate 2g
Supply 3:
Emulsifier solution I 9g
Emulsifier solution II 28g
II. Production of comparative dispersion
Comparative dispersion VD1
280 g of completely demineralized water was charged into a 2 l glass container having an anchor type stirrer (120 rpm). At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The charge was allowed to initiate polymerization at 85 ° C. for 10 minutes. Subsequently, the remaining amounts of Feed 1 and Feed 2 were added spatially separately at 85 ° C. within 3.5 hours. After standing at this temperature for a further 30 minutes, the reaction mixture was cooled and then neutralized with 20% by weight aqueous calcium hydroxide. Feed 3 was added with stirring. The polymer dispersion thus produced contained 50.3% by mass of non-volatile components and had a pH value of 7.2. The viscosity was 48 mPas. The included copolymer has a glass transition temperature T of −24 ° C.g Had.
[0110]
The following was used as feed 1:
116g of completely demineralized water
Emulsifier solution I 15g
Emulsifier solution II 23g
288 g of 2-ethylhexyl acrylate
72g of styrene
74g acrylonitrile
2-hydroxyethyl acrylate 38g
Methacrylic acid 7g
The following was used as feed 2:
100g of completely demineralized water
Sodium peroxodisulfate 3g
The following was used as feed 3:
Emulsifier solution I 8g
Emulsifier solution II 15g
Comparative dispersion VD2
In a 2 l glass container having an anchor type stirrer (120 rpm), 170 g of completely demineralized water was charged. At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The charge was allowed to initiate polymerization at 85 ° C. for 10 minutes. Subsequently, the remaining amounts of Feed 1 and Feed 2 were added spatially separately at 85 ° C. within 3.5 hours. After standing at this temperature for a further 30 minutes, the reaction mixture was cooled and then neutralized with 20% by weight aqueous calcium hydroxide. Feed 3 was added with stirring. The polymer dispersion thus produced contained 48.9% by weight of non-volatile components and had a pH value of 7.0. The viscosity was 388 mPas. The included copolymer has a glass transition temperature T of −21 ° C.g Had.
[0111]
The following was used as feed 1:
Completely desalted water 197g
Emulsifier solution I 15g
Emulsifier solution II 11g
391 g of 2-ethylhexyl acrylate
176 g of styrene
Acrylonitrile 16g
Acrylamide 38g
Methacrylic acid 9g
The following was used as feed 2:
60g of completely demineralized water
Sodium peroxodisulfate 2g
The following was used as feed 3:
Emulsifier solution I 8g
Emulsifier solution II 23g
Comparative dispersion VD3
In a 4 l glass container having an anchor type stirrer (120 rpm), 500 g of completely demineralized water was charged. At an internal temperature of 85 ° C., 5% by weight of the total amount of feed 1 and 10% by weight of the total amount of feed 2 were added. The charge was allowed to initiate polymerization at 85 ° C. for 10 minutes. Subsequently, the remaining amounts of Feed 1 and Feed 2 were added spatially separately at 85 ° C. within 3.5 hours. After standing at this temperature for a further 30 minutes, the reaction mixture was cooled and then neutralized with 20% by weight aqueous calcium hydroxide. Feed 3 was added with stirring. The polymer dispersion thus produced contained 49.4% by weight of non-volatile components and had a pH value of 7.2. The viscosity was 298 mPas. The included copolymer has a glass transition temperature T of −20 ° C.g Had.
[0112]
The following was used as feed 1:
561 g of completely demineralized water
Emulsifier solution I 43g
Emulsifier solution II 33g
853 g of 2-ethylhexyl acrylate
Styrene 382g
Acrylonitrile 29g
118g of 2-hydroxyethyl acrylate
Methacrylic acid 88g
The following was used as feed 2:
120g of completely demineralized water
Sodium peroxodisulfate 5g
The following was used as feed 3:
Emulsifier solution I 22g
Emulsifier solution II 65g
Comparative dispersion VD4
The dispersion was manufactured in the same manner as the dispersion VD3.
[0113]
The following was used as feed 1:
399 g of completely demineralized water
140 g of 15% by weight aqueous solution of sodium dodecyl sulfate (emulsifier solution V)
928 g of 2-ethylhexyl acrylate
Styrene 433g
Acrylonitrile 39g
124g of 2-hydroxyethyl acrylate
Methacrylic acid 23g
The following was used as feed 2:
120g of completely demineralized water
Sodium peroxodisulfate 5g
The following was used as feed 3:
Emulsifier solution V 140g
The polymer dispersion thus prepared contained 50.0% by weight of non-volatile components and had a pH value of 6.9. The viscosity was 76 mPas. The included copolymer has a glass transition temperature T of −21 ° C.g Had.
[0114]
III. Stability testing
As a standard for the stability of the dispersion, aggregate formation, shear stability, and electrolyte stability were measured as follows.
[0115]
The tendency of aggregate formation during emulsion polymerization was measured by filtering the cooled and neutralized polymer dispersion through a Perlonsieb with a mesh of 45 μm. The stated condensation value represents the ratio of the filtration residue after surface drying to the total mass of the polymer dispersion.
[0116]
For the shear stability test, for each dispersion, the undiluted sample was sheared for 10 minutes at 10,000 revolutions / minute using Dispermat (VMA Getzmann GmbH). Subsequently, a small sample was coated on a glass support. For comparison, a small amount of unsheared load dispersion was also coated on the glass support and then tested by comparing the content of agglomerates as well as fine agglomerates (so-called “Strippen”). A sample was considered not shear stable when there was a significant increase in aggregate content as well as strip content compared to the loaded sample.
[0117]
For the electrolyte stability test, samples of the respective dispersions were tempered at 23 ° C. and then added dropwise to a stirred aqueous calcium chloride solution having a constant concentration (calcium chloride content 0.5-7. 50 g each of 5% by weight calcium chloride solution). Table 1 lists, for each dispersion, the calcium chloride concentration of the solution in which each dispersion sample was still stable.
[0118]
The results are summarized in Table 2.
[0119]
IV. Testing of applied technical properties
As a measure of the hydrophilicity of the polymer dispersion, the water absorption of the film from each polymer dispersion was tested. A polymer film having a dry layer thickness of about 750 μm was produced from each polymer dispersion by drying in a circulating dryer at 50 ° C. for 7 days. Test pieces, both 2 cm long and 1 cm wide, were cut from the film and then stored in water at room temperature for 24 hours. Subsequently, the test piece was superficially dried and weighed. The water absorption was calculated from the ratio of the film mass after storage in water and before.
[0120]
Cementitious materials modified with polymer dispersions were prepared for the measurement of application properties as admixtures for building materials based on hydraulic binders. For this purpose, 182 parts by weight of Portland cement PZ 45F (CEM I 42.5 R), 218 parts by weight of each polymer dispersion (adjusted to a solid content of 50% by weight), 53 parts by weight of water, quartz powder (particle size ≦ 0.09 mm) 149 parts by mass, quartz sand (particle size 0.08 to 0.2 mm) 164 parts by mass, quartz sand (particle size 0.2 to 0.5 mm) 218 parts by mass, defoaming agent Lumiten from BASF Corporation (Lumiten)(R) 14 parts by mass of E-P3108 and the defoaming agent Agitan from Munchich(R) 281 2 parts by weight were added together and mixed.
[0121]
After the addition and mixing of all the components, the so-called “pot life”, ie the time during which the cementitious material does not crack or the solid particles in the material can still be molded plastically, was measured. For use, the pot life is preferably more than 30 minutes.
[0122]
In order to determine the odor generation tendency, samples were taken immediately after the production of each polymer-modified cementitious material, and then heated in a dryer at 50 ° C. for 30 minutes in a closed container. Subsequently, an odor test was performed and ammonia formation was tested in the gas space within the container using wet pH paper.
[0123]
In order to test the strength and elasticity of the obtained cementitious material, a cement film having a wet layer thickness of 2 mm was prepared therefrom. The film was cured for 28 days under standard conditions (23 ° C., 50% relative humidity). Subsequently, according to DIN 53455, the tensile force and elongation at break of the film were measured using an automatic material testing device at a pulling rate of 100 mm / min. The results of applied technical tests are summarized in Table 2.
[0124]
In Table 1, the monomer composition of the copolymer contained in the dispersion was unified by mass%. Here, nBA is n-butyl acrylate, S is styrene, AN is acrylonitrile, HEA is 2-hydroxyethyl acrylate, MAS is methacrylic acid, EHA is 2-ethylhexyl acrylate, MMA is methyl methacrylate, AS is acrylic acid, MAN is Methacrylonitrile and AM represent acrylamide.
[0125]
Calculated as a solid, the emulsifier content relative to the copolymer was about 3% by weight in all dispersions except ED3. The emulsifier content of dispersion ED3 was about 1.1% by mass.
[0126]
[Table 1]
[0127]
[Table 2]
Claims (14)
a)アクリル酸とC2 〜C12−アルカノールとの少なくとも1種のエステル40〜80質量%、
b)少なくとも1種のビニル芳香族モノマーおよび/またはメタクリル酸とC1 〜C4 −アルカノールとの少なくとも1種のエステル10〜40質量%、
c)C2 〜C10−アルカンジオールとアクリル酸またはメタクリル酸との少なくとも1種のモノエステル2〜15質量%、
d)少なくとも1個の酸基を有し、α,β−エチレン性不飽和C 3 〜C 6 −モノカルボン酸およびモノエチレン性不飽和C 4 〜C 8 −ジカルボン酸の中から選択されているエチレン性不飽和モノマー、またはそれらの塩の0.2〜0.8質量%、
e)エチレン性不飽和ニトリル5質量%未満および
f)α,βエチレン性不飽和モノカルボン酸およびジカルボン酸のアミド1質量%未満
を一緒に重合して含む、少なくとも1種の水相内に分散した共重合体を含む、アンモニアを含まない水性ポリマー分散液の、水硬性結合剤に基づく無機質建築材料のための混和剤としての使用。Monomer as a) acrylic acid and C 2 ~C 12 - 40~80 wt% of at least one ester of an alkanol,
b) at least one vinyl aromatic monomer and / or methacrylic acid with C 1 -C 4 - at least one ester 10 to 40% by mass of alkanol,
c) 2-15% by weight of at least one monoester of C 2 -C 10 -alkanediol and acrylic acid or methacrylic acid,
d) have at least one acid group, alpha, beta-ethylenically unsaturated C 3 -C 6 - monocarboxylic acids and monoethylenically unsaturated C 4 -C 8 - is selected from among dicarboxylic acids 0.2 to 0.8% by weight of the ethylenically unsaturated monomer , or a salt thereof,
e) Dispersed in at least one aqueous phase containing less than 5% by weight of ethylenically unsaturated nitrile and f) less than 1% by weight of α, β ethylenically unsaturated monocarboxylic acid and dicarboxylic acid amide polymerized together. Of an ammonia-free aqueous polymer dispersion containing a modified copolymer as an admixture for inorganic building materials based on hydraulic binders.
a)エチルアクリレート、n−ブチルアクリレートおよび2−エチルヘキシルアクリレートから選ばれた少なくとも1種のモノマー55〜80質量%、
b)スチレンおよび/またはメチルメタクリレート12〜35質量%、
c)C2 〜C6 −アルカンジオールとアクリル酸またはメタクリル酸との少なくとも1種のモノエステル3〜9質量%、および
d)アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸およびイタコン酸から選ばれた少なくとも1種のエチレン性不飽和カルボン酸0.2〜8質量%
を一緒に重合して含む、請求項1から6までのいずれか1項記載の使用。A copolymer of 55 to 80% by weight of at least one monomer selected from a) ethyl acrylate, n-butyl acrylate and 2-ethylhexyl acrylate as monomers;
b) 12-35% by weight of styrene and / or methyl methacrylate,
c) C 2 ~C 6 - at least one monoester 3-9 wt% of alkane diols with acrylic acid or methacrylic acid, and <br/> d) acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid and itaconic acid 0.2 to 8% by mass of at least one ethylenically unsaturated carboxylic acid selected from
7. Use according to any one of claims 1 to 6, comprising polymerized together.
−少なくとも1種の水硬性結合剤、
−少なくとも1種の請求項1から9までのいずれか1項記載の水性ポリマー分散液および/または請求項10記載のポリマー粉末またはポリマー顆粒、ならびに場合により
−水および/または添加材
を一緒に混合する方法。In a method for improving the mechanical strength, elasticity and processability of building materials based on hydraulic binders,
At least one hydraulic binder,
-At least one aqueous polymer dispersion according to any one of claims 1 to 9 and / or polymer powder or polymer granules according to claim 10 and optionally-water and / or additives mixed together how to.
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